Вдохновленный природой беспорядок делает детали, напечатанные на 3D-принтере, более устойчивыми к трещинам

Исследователи из Penn Engineering разработали новый подход к повышению долговечности 3D-печатных метаматериалов путем введения контролируемых нерегулярностей в их структуру. Команда обнаружила, что, смещая точки соединения в решетчатых структурах примерно на 15% от их обычных положений, они могут создавать материалы, которые в 2,6 раза более устойчивы к растрескиванию по сравнению с традиционными упорядоченными конструкциями.

«Образцы, которые показали себя лучше всего, в которых трещине было труднее всего расти, не состояли из регулярных повторяющихся узоров», — пояснил Сейдж Фулько, ведущий автор статьи. Этот подход к дизайну отражает природные материалы, такие как кость и перламутр (перламутр), которые используют микромасштабные неровности для достижения более высокой устойчивости.

Исследовательская группа проверила свою концепцию, используя образцы полиметилметакрилата (ПММА), вырезанные лазером, и провела тысячи вычислительных симуляций. Их результаты показали, что, хотя неупорядоченные структуры продемонстрировали немного сниженную прочность (≤25%), они сохранили схожие уровни жесткости с традиционными упорядоченными решетками, при этом значительно повысив устойчивость к трещинам.

Используя фотоупругое изображение, исследователи наблюдали, что трещины в неупорядоченных решетках распространяются по более широкой области, а не следуют прямым путям, типичным для упорядоченных структур. Эта распределенная картина повреждений помогает объяснить повышенную прочность нерегулярных конструкций.

Новый подход предлагает практические преимущества по сравнению с традиционными методами упрочнения, поскольку он опирается исключительно на геометрические модификации, а не на добавки материалов или специальные покрытия. По словам Кевина Тернера, профессора Penn Engineering, хотя неупорядоченные системы представляют собой более сложные проблемы проектирования, их можно реализовать с помощью существующих методов производства, таких как 3D-печать и лазерная резка.

Метод демонстрирует потенциал для применения в различных отраслях, включая аэрокосмическую, медицинское оборудование и автомобилестроение. Внедрение в первую очередь требует внесения изменений в файлы проекта, а не в производственные процессы, что делает его потенциально доступным для производителей, использующих существующее оборудование.

По всем вопросам рекламы на сайте писать сюда

телеграм — https://t.me/fidller

почта — shope@fidller.com

По вопросам 3d печати, 3d сканированию в Краснодаре писать сюда:

телеграм — https://t.me/fidller

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
всё о 3d печати и 3d сканировании тут https://3dprint.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd
https://rutube.ru/channel/23475108/