Yeni titanyum “metamateryal” doğaüstü güce sahip

Doğada ve üretim dünyasının çoğunda bulunanların yerini alacak güç-ağırlık seviyelerine sahip görünen yeni bir 3D baskılı “meta malzeme”, Avustralya'daki RMIT Üniversitesi'nden bir ekip tarafından oluşturuldu. Bu yeni malzemenin tıbbi implantlardan uçaklara ve roketlere kadar her şey için büyük etkileri olabilir.

Doğada görülmeyen elektromanyetik özellikler sergileyen, yapay olarak yapılandırılmış bir malzeme olan yeni meta malzeme, yaygın bir titanyum alaşımından yapılmıştır. Ama bu sizi yanıltmasın, yeteneklerinin hiçbir ortak yanı yok.

Burada farkı yaratan şey yapısıdır. Malzeme, onu yalnızca benzersiz kılmakla kalmayıp aynı zamanda son derece güçlü kılan benzersiz bir ağ tasarımına sahiptir. Ekibin yeni çalışmasına göre malzeme, havacılık uygulamalarında kullanılan benzer yoğunluktaki bir sonraki en güçlü alaşımdan %50 daha güçlü.

Peki bu tasarımı nasıl ortaya çıkardılar? Oyunun kurallarını değiştiren birçok buluşta olduğu gibi, bu yeni malzemenin ilhamı da doğal dünyanın gözlemlerinden geldi. Bu durumda, Viktorya dönemi nilüferleri gibi kutsal saplı dayanıklı bitkiler ve organik tüp mercanları gibi dayanıklı mercanlar (Tubibura müziği) Hafiflik ve dayanıklılığın nasıl birleştirileceğine ilişkin talimatlar verin.

Ancak güçlü bir doğal yapıyı gözlemlemek başka, onu sentetik malzemelerde yeniden üretmek başka şey. Onlarca yıldır araştırmacılar, doğal örneklerde görülenlere benzer kendi içi boş “hücre yapıları” oluşturmaya çalıştılar, ancak çabaları üretim sorunları ve yük stresi nedeniyle boşa çıktı ve bu da başarısızlığa yol açtı.

Değerli Profesör Ma Qian makalesinde “İdeal olarak, tüm karmaşık hücresel materyallerdeki stresin eşit şekilde dağıtılması gerekir” dedi. ifade. “Ancak, çoğu topoloji için, malzemenin yarısından azının esas olarak sıkıştırma yükünü taşıması yaygındır, malzemenin büyük kısmı ise yapısal olarak önemsizdir.”

Ancak bu durumda farkı yaratan şey, 3D metal baskının sunduğu benzeri görülmemiş yenilikçi çözümlerdi.

Qian, “İçinde ince bir şerit bulunan içi boş boru şeklinde bir ağ yapısı tasarladık. Bu iki unsur birlikte, doğada daha önce hiç bir arada görülmemiş bir güç ve hafiflik sergiliyor” diye ekledi. “İki tamamlayıcı ağ yapısını etkili bir şekilde birleştirerek eşit şekilde dağıtın Stresten kaçınırız, zayıflık genellikle stresin yoğunlaştığı yerdir.”

Güç ama düşük maliyetle

Bu yeni harika malzemeyi yaratmak için Qian ve meslektaşları, lazer toz katmanı füzyonu adı verilen bir teknik kullanarak tasarımlarını RMIT'in Gelişmiş Üretim Alanında 3D olarak bastılar. Bu yöntem, yüksek enerjili lazerler kullanılarak metal tozu katmanlarını bir arada eritiyor.

Sonuç, benzer yoğunluktaki en güçlü alaşım olan WE54 dökme magnezyum alaşımından %50 daha güçlü bir titanyum kafes küpüdür. Bu yeni mimari, ağdaki zayıf noktalara uygulanan baskıyı yarı yarıya azalttı.

Çift fileli tasarım olan yapı aynı zamanda oluşabilecek çatlakları tahliye ederek sağlamlığından ödün vermeme özelliğine de sahiptir.

Yapı, farklı yazıcı türleri kullanılarak birkaç milimetre kadar küçük bir şeyden birkaç metre boyutundaki yapılara kadar gerektiği gibi ölçeklendirilebilir. Ayrıca yapının basılabilirliği, biyouyumluluğu, korozyona ve ısıya dayanıklılığı, onu imalatın çeşitli alanlarındaki uygulamalar için potansiyel bir oyun değiştirici haline getiriyor.

“Şu anda mevcut olan ve şu anda yüksek mukavemet ve hafiflik gerektiren ticari uygulamalarda kullanılan en güçlü magnezyum alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, benzer yoğunluktaki bir titanyum malzemenin, sıkıştırma yüklemesi altında kalıcı şekil değişikliğine karşı çok daha güçlü veya daha az duyarlı olduğu gösterilmiştir. başyazar Jordan Noronha, “bu daha uygulanabilir” diye açıkladı.

Ekip şimdi malzemeyi geliştirmeyi ve yüksek sıcaklıktaki ortamlardaki uygulamalarını keşfetmeyi planlıyor. Şu anda titanyum küp 350°C'ye (662°F) kadar sıcaklıklara dayanabiliyor ancak 600°C'ye (1,112°F) kadar sıcaklıklara da dayanabileceğine inanıyorlar. Bu onu havacılık mühendisliği ve yangınla mücadele dronları için mükemmel bir malzeme haline getirecektir.

Ancak yeni malzemeyi yapmak için gereken teknoloji henüz yaygın olarak mevcut olmadığından benimsenmesi biraz zaman alabilir.

Noronha, “Geleneksel üretim süreçleri, bu karmaşık metal malzemeleri üretmek için pratik değildir ve herkesin deposunda lazer toz konsolidatörü yoktur” dedi.

“Ancak teknoloji geliştikçe daha erişilebilir hale gelecek ve baskı süreci çok daha hızlı hale gelecek, bu da daha geniş bir kitlenin yüksek mukavemetli, çok topolojili malzemeleri bileşenlerine uygulayabilmesine olanak tanıyacak. En önemlisi, metal 3D baskı, ağ formlu imalatın kolaylaşmasına olanak sağlayacak.” gerçek uygulamalar için.”

Makale dergide yayınlandı Gelişmiş malzemeler.