• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
27 февраля
Игорь Байдов
1
3 693

Инженеры напечатали 3D-структуру прочнее «аэрокосмического» сплава

4.2

Австралийские ученые показали новый тип напечатанной на 3D-принтере титановой конструкции, обладающей сверхпрочностью, легкостью, а также повышенной коррозионной и термостойкостью. Исследователи считают, что в ближайшем будущем их материал, на изготовление которого уходит относительно немного времени и средств, может найти применение в авиационной и космической промышленности, где сейчас используются в том числе дорогостоящие магниево-литиевые сплавы.

образец метаматериала
Образец нового метаматериала в руках у одного из авторов исследования / © RMIT

Метаматериалы — это искусственные материалы, то есть созданные в лаборатории, в том числе и напечатанные на 3D-принтере. Они могут состоять как из одного, так и нескольких обычных материалов. Их главное отличие от обычных — запланированное создателями наличие свойств, не встречающихся у последних.

За последние 20 лет инженеры создали большое количество разнообразных метаматериалов с металлическими включениями в виде решетки — из титановых, алюминиевых сплавов, сплавов на основе никеля, нержавеющей стали. И хотя они оказались лучше большинства конструкционных материалов, лишь немногие из них были эффективнее тех же сплавов магния, которые сегодня широко используются в авиационной и ракетной технике из-за малой плотности, высокой удельной прочности, виброизоляционных свойств. 

Поэтому ученые уже давно пытаются создать «сырье», которое смогло бы работать в сложных условиях: быть сверхпрочным, выдерживать экстремальные температуры и давления. 

Австралийские исследователи из Мельбурнского королевского технологического университета создали новый метаматериал из титанового сплава Ti-6Al-4V (в сплаве сам титан, шесть процентов алюминия и четыре процента ванадия), который оказался на 50 процентов прочнее самого прочного коммерческого магниевого сплава WE54 аналогичной плотности (1,85 грамма на кубический сантиметр). Ti-6Al-4V — один из наиболее часто используемых титановых сплавов, который применяется там, где необходимы малая плотность и высокая коррозионная стойкость, — в аэрокосмической отрасли. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.

Источником вдохновения для ученых стала природа. Они изучили растения с крепкими стеблями, обладающие полой трубчатой структурой, сочетающей в себе прочность и легкость, такие как кувшинки (Victoria boliviana), а также кораллы (Tubipora musica). Затем исследователи постарались воспроизвести эту структуру на практике. Для этого они использовали 3D-печать.

«Многие ученые десятилетиями пытались воссоздать в металле эти природные полые „ячеистые структуры“, но постоянно терпели неудачу. Одна из главных причин, почему это не получалось, — возникающее напряжение в точках соединения внутренних участков полых стоек, что приводило к разрушению конструкций. В идеале напряжение должно равномерно распределяться по всему материалу», — пояснил Ма Цянь (Ma Qian), руководитель исследования. 

Образец нового метаматериала
Образец нового метаматериала / © RMIT

Чтобы уменьшить высокий уровень напряжения, возникающего в точках соединения «лабораторной» трубчатой решетки, Цянь и его коллеги усилили ее — наложили сверху вторую решетку, добавив тонкий крестообразный разрез, проходящий через трубы и соединения. Это позволило равномерно распределить нагрузку при сжатии.

Для изготовления такой конструкции специалисты использовали метод 3D-печати, называемый лазерное плавление металла в заранее сформированном слое (Laser Beam Powder Bed Fusion). Это одна из наиболее обкатанных технологий печати металлических изделий, в которой применяется мощный лазерный луч для плавления металлопорошковых композиций.

Компьютерная модель
Компьютерная модель титанового куба с одной и двумя решетками. Слева показана модель с одной решеткой, красными точками обозначены участки, где нагрузка слишком сильная. Справа изображена модель с двумя решетками. В таком случае нагрузка по конструкции распределяется равномерно / © RMIT

Ученые испытали свой метаматериал в лаборатории при различных сложных условиях. Выяснилось, что напечатанная конструкция — титановый куб — на 50 процентов прочнее магниево-литиевого сплава WE54, который считается самым прочным коммерческим сплавом, используемым в авиационной и космической промышленности. 

Образцы метаматериала легко меняются в размерах от нескольких миллиметров до нескольких метров в зависимости от доступных принтеров и выдерживают (при таком составе) нагрев до 350 градусов по Цельсию либо до 600 градусов, если использовать более жаропрочные титановые сплавы.

По словам авторов исследования, в ближайшем будущем их материал будет пригоден для изготовления частей авиационной и ракетной техники, беспилотных пожарных систем, а также  для создания костных имплантатов в медицине, где сложная, частично пустая форма может со временем заполняться отросшими клетками костной ткани.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 09:13
Полина Меньшова

Особенности личности — в частности, степень экстравертности — влияют на то, кто с большей вероятностью будет одиноким, а кто вступит в отношения. Типы личности также связаны с уровнем общей удовлетворенности жизнью. К таким выводам пришли ученые из Канады.

Вчера, 11:05
Игорь Байдов

Некоторым насекомым становится сложнее находить себе пары внутри вида из-за роста концентрации «вредного» тропосферного озона. Он разрушает выделяемые этими животными половые феромоны, что может привести к «неправильному спариванию» и появлению бесплодного потомства. Такая ситуация опасна катастрофическим сокращением численности насекомых в мире. Об этом в своей статье рассказали биологи из Германии.

8 часов назад
Игорь Байдов

Пентагон собирается отработать в космосе сценарий по быстрому развертыванию спутниковой орбитальной группировки в ответ на угрозу, исходящую от космических аппаратов потенциального противника. Во время учений американские военные задействуют два спутника, которые специально для этой миссии разработают частные аэрокосмические компании. Таким образом Соединенные Штаты хотят не только «подать сигнал» другим странам, что смогут быстро противостоять «агрессии на орбите», но и показать, как именно они будут это делать.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

Позавчера, 07:25
Полина Меньшова

Международная команда исследователей составила первый в мире рейтинг киберпреступности. Первую и вторую строчки в нем заняли Россия и Украина.

Вчера, 09:13
Полина Меньшова

Особенности личности — в частности, степень экстравертности — влияют на то, кто с большей вероятностью будет одиноким, а кто вступит в отношения. Типы личности также связаны с уровнем общей удовлетворенности жизнью. К таким выводам пришли ученые из Канады.

18 марта
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

Перспективненько8-)
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: