Новый тип решетчатой структуры, напечатанной на 3D-принтере, удивил исследователей своей прочностью и легким весом. В нем используются две разные решетчатые структуры, объединенные вместе, чтобы устранить слабые места, обычно встречающиеся в этих сложных формах.
Исследователи RMIT в Мельбурне, Австралия, взяли за отправную точку конструкции решеток с полыми стойками, вдохновленные полыми стержнями. кувшинки и кораллы для органных трубок, а затем рассмотрели способы снижения высоких концентраций напряжений, создаваемых в точках соединения.
«В идеале напряжение во всех сложных клеточных материалах должно быть равномерно распределено», — сказал заслуженный профессор Ма Цянь, ведущий автор нового исследования. «Однако для большинства топологий обычно менее половины материала выдерживает в основном сжимающую нагрузку, в то время как больший объем материала структурно незначителен».
Исследователи укрепили трубчатую решетку путем наложения вторая решетка сверху, добавляющая тонкое X-образное поперечное сечение, проходящее через трубы и соединения, которое гораздо более равномерно распределяет нагрузку при испытаниях на сжатие.
Слева: точки перенапряжения, которые вызывают ранний выход из строя обычной решетки с полыми стойками. Справа: гораздо более равномерное распределение напряжений с использованием мультитопологической решетки. RMIT
Это очень сложная форма, но ее достаточно легко изготовить с помощью лазерного 3D-принтера для сварки в порошковом слое, и исследователи протестировали полученный куб и обнаружили, что он на 50 % прочнее. чем литой магниевый сплав WE54 – материал аналогичной плотности, используемый 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 обновлении до более термостойкого принтера. титановый сплав.
Исследователи говорят, что это будет полезно в областях, где прочность и легкий вес имеют решающее значение, называя детали самолетов и ракет среди возможных коммерческих применений. Интересно, что они также говорят, что это может быть полезно для медицинских костных имплантатов, где сложная, частично пустая форма может в конечном итоге заполниться вновь разросшимися костными клетками по мере слияния с телом.
Вы можете см. поперечное сечение арматуры через зазоры по краямRMIT
Легко ли это будет изготовить? «Не у каждого есть на складе машина для лазерной сварки порошковым слоем», — признался Цянь. «Однако по мере развития технологии она станет более доступной, а процесс печати станет намного быстрее, что позволит более широкой аудитории реализовать наши высокопрочные В их компонентах используются многотопологические метаматериалы. Важно отметить, что 3D-печать металлами позволяет легко изготавливать сетчатые формы для реальных применений».
Команда RMIT приглашает компании, желающие сотрудничать и коммерциализировать эти метаматериалы в различных приложениях.
Эта статья доступна в журнале Advanced Materials.
