Nieuwe vorm van 3D-geprint materiaal gericht op lichtere, veiligere auto-ontwerpen en meer

Een nieuwe vorm van 3D-geprint composietmateriaal, gemaakt door polyolefineharsen te combineren met meerwandige koolstofnanobuisjes, is ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van ingenieurs van de Universiteit van Glasgow, dat sterker en lichter is dan vergelijkbare vormen van aluminium. Het team verwacht dat dit kan leiden tot de ontwikkeling van veiligere, lichtere en duurzamere constructies voor gebruik in de automobiel-, ruimtevaart-, hernieuwbare energie- en maritieme industrie. In een nieuw artikel, Impact Behaviour of Nanoengineered, 3D Printed Plate-Lattices, gepubliceerd in het tijdschrift Materials &Design , beschrijft het team hoe ze een nieuw cellulair 'metamateriaal' met plaatrooster hebben ontwikkeld dat in staat is tot indrukwekkende weerstand tegen schokken.

Metamaterialen zijn een klasse van kunstmatig gecreëerde cellulaire vaste stoffen, ontworpen en ontwikkeld om eigenschappen te manifesteren die niet voorkomen in de natuurlijke wereld. Een vorm van metamaterialen, bekend als plaatroosters, zijn kubische structuren gemaakt van elkaar kruisende lagen platen die een ongewoon hoge stijfheid en sterkte vertonen, ondanks dat er een aanzienlijke hoeveelheid ruimte tussen de platen is. Die ruimtes, die een eigenschap zijn die ingenieurs porositeit noemen, maken plaatroosters ook ongewoon lichtgewicht.

De onderzoekers gingen onderzoeken of nieuwe vormen van plaatroosterontwerp, vervaardigd van een door hen ontwikkelde kunststof-nanobuiscomposiet, een metamateriaal zouden kunnen maken met nog geavanceerdere eigenschappen van stijfheid, sterkte en taaiheid. Ze gebruikten hun nano-engineered filamentcomposiet als grondstof in een 3D-printer die de filamenten samensmolt om een ​​reeks plaatroosterontwerpen te bouwen. Die ontwerpen werden vervolgens onderworpen aan een reeks impacttests door een massa van 16,7 kg van verschillende hoogtes te laten vallen om te bepalen of ze bestand zijn tegen fysieke schokken.

Eerst testte het team drie soorten typische plaatroosters die ze ontwierpen en bouwden:een eenvoudige kubus gevormd uit de kruising van drie platen; een complexere kubus met extra kruisende platen; en een meer veelzijdig ontwerp. Die typische plaatroosters werden in twee batches gemaakt - één van polypropyleen en één van polyethyleen.

Vervolgens testten ze nog drie 'hybride' plaatroosters die kenmerken van de eenvoudigere ontwerpen in de eerste experimenten bevatten:een eenvoudige kubus / complexe kubushybride; een eenvoudige kubus/multifacet-hybride; en een die alle drie samenvoegde. Opnieuw werden batches gemaakt van PP en PE.

Het hybride ontwerp dat elementen van alle drie de typische plaatroosterontwerpen samenvoegde, bleek de mos te zijn t effectief in het absorberen van schokken, waarbij de PP-versie de grootste slagvastheid vertoont. Met behulp van een maatstaf die bekend staat als specifieke energieabsorptie, die wetenschappers gebruiken om het vermogen van een materiaal om energie te absorberen ten opzichte van zijn massa te bepalen, ontdekte het team dat het PP hybride plaatrooster 19,9 joule per gram kon weerstaan ​​- naar verluidt een superieure prestatie ten opzichte van vergelijkbare - ontwierp microarchitected metamaterialen op basis van aluminium.