Naukowcy wykorzystują drukowanie 3D do tworzenia bardzo mocnych materiałów

Profesor fizyki inżynierskiej Roderic Lakes i absolwent Zachariah Rueger wydrukowały materiał 3D, który zachowuje się zgodnie z teorią elastyczności Cosserat, znaną również jako elastyczność mikropolarności. Teoretyczne czynniki leżące u podstaw podstruktury substancji podczas analizy jej działania w warunkach dużego obciążenia. Lakes i Rueger wykorzystali teorię do zaprojektowania siatki polimerowej, która jest około 30 razy sztywniejsza, gdy jest wygięta, niż można by przewidzieć w klasycznej teorii sprężystości. Krata składa się z pasków polimerowych ułożonych w powtarzalną krzyżową konstrukcję, która może zwiększyć wytrzymałość i wytrzymałość.

"Kiedy masz materiał z podkonstrukcją, taki jak niektóre pianki, kraty i materiały wzmocnione włóknem, jest w niej więcej swobody niż klasyczna teoria sprężystości - poradzili sobie Lakes. "Tak więc badamy swobodę materiałów, aby zachowywać się w sposób nieprzewidziany przez standardową teorię."

Ta materialna wolność otwiera drzwi do tworzenia nowych materiałów, które są odporne na koncentrację naprężeń, tj. Twardsze niż jakiekolwiek inne inni. Praktyczne zastosowania mogą obejmować tworzenie skrzydeł samolotu bardziej odpornych na pękanie. Jeśli w skrzydle samolotu pojawi się pęknięcie, stres koncentruje się wokół pęknięcia, osłabiając skrzydło.

"Aby coś złamać, potrzebujesz pewnej ilości stresu, ale jeśli jest w nim pęknięcie, możesz złamać to mniej stresu "- powiedział Lakes.

Teoria Cosserata generuje jednak materiały, w których stres jest rozprowadzany w różny sposób, co czyni je trudniejszymi. Takie zachowanie można zaobserwować w kościach, a także niektórych rodzajach pianek. Jednak podczas wykonywania poduszki z pianki inżynierowie nie mają zbyt dużej kontroli nad podbudową pianki, więc mają ograniczoną zdolność do dostosowywania efektów Cosserat.

"Opracowaliśmy materiał, w którym mamy wyjątkowo szczegółowe kontrola nad drobną strukturą naszej siatki, a to pozwoliło nam uzyskać bardzo silne efekty podczas gięcia i skręcania materiału ", powiedział Lakes.

Większość konstrukcji, w tym budynków, samolotów, mostów i urządzeń elektronicznych, została zaprojektowana zgodnie z klasyczną teorią elastyczności - ale ta nowa forma projektowania, oparta na teorii Cosserata, mogłaby dostarczyć materiałów, które są znacznie lepsze. Drukowanie 3D materiału daje inżynierom większą kontrolę nad swoimi właściwościami i strukturą, co może potencjalnie prowadzić do nowego sposobu budowania, a przynajmniej projektowania niektórych elementów, takich jak wyżej wspomniany samolotwings

Rueger and Lakes opublikował swoje prace w artykule zatytułowanym "Strong Cosserat Elasticity in Transversely Isotropic Polymer Lattice", do którego można uzyskać dostęp tutaj.