Титановая структура, созданная на 3D-принтере, демонстрирует сверхъестественную прочность
Исследователи из Университета RMIT создали новый метаматериал (термин, используемый для описания искусственного материала с уникальными свойствами, не наблюдаемыми в природе) из обычного титанового сплава.
Новый тип решетчатой структуры, напечатанной на 3D-принтере, удивил исследователей своей прочностью и легким весом. Он использует две разные структуры, объединенные вместе, чтобы устранить слабые места, обычно встречающиеся в этих сложных формах.
Ученые взяли за отправную точку конструкцию решетки с полыми стойками, вдохновленную кувшинками с полым стеблем и кораллами, а затем рассмотрели способы снижения высоких концентраций напряжений, создаваемых в точках соединения.
«В идеале напряжение во всех сложных материалах должно быть равномерно распределено», — сказал профессор Ма Цянь, ведущий автор нового исследования. «Однако для большинства топологий обычно менее половины материала в основном выдерживают сжимающую нагрузку, в то время как больший объем материала структурно незначителен».
Исследователи укрепили трубчатую решетку, наложив поверх нее вторую решетку, добавив тонкое Х-образное поперечное сечение, проходящее через трубки и соединения, которое гораздо более равномерно распределяет нагрузку при испытаниях на сжатие.
Они напечатали эту конструкцию на 3D-принтере в Центре передового производства RMIT, используя процесс, называемый лазерным сплавлением порошкового слоя, при котором слои металлического порошка расплавляются на месте с помощью мощного лазерного луча.
Исследователи протестировали полученный куб и обнаружили, что он на 50% прочнее литого магниевого сплава WE54 — материала аналогичной плотности, используемого в аэрокосмической отрасли.
По их словам, его размер будет варьироваться от миллиметров до нескольких метров, в зависимости от доступных принтеров, и он обеспечит термостойкость до 350 °C в исходном виде или до 600 °C при использовании более термостойкого титанового сплава.
Исследователи говорят, что решетка будет полезна в областях, где прочность и легкий вес имеют решающее значение, называя детали самолетов и ракет среди возможных применений.
Интересно, что они также говорят, что она может быть полезна для медицинских костных имплантатов, где сложная, частично пустая форма может в конечном итоге заполниться вновь выросшими костными клетками по мере слияния с телом.
Статья об открытии была опубликована в журнале Advanced Materials.