Metamaterjali bbażat fuq it-titanju jiżblokka s-saħħa lil hinn min-natura.

Metamaterjali tat-titanju innovattiv b'saħħa u versatilità mingħajr paragun jista 'jirrevoluzzjona l-manifattura u l-avjazzjoni b'veloċità għolja.

Ġie inġinerija, materjal ta 'titanju b'qawwa għolja u ta' saħħa għolja li jista 'jwassal għal apparat mediku aktar b'saħħtu u disinji innovattivi ta' vetturi u vettura spazjali. It-tim ta 'riċerka uża liga komuni tat-titanju, ti -6 al -4 v, biex jibni l- "metamaterjali", terminu użat biex jiddeskrivi materjal artifiċjali li għandu proprjetajiet uniċi mhux osservati fin-natura - meta mezzi " Lil hinn "bil-Grieg.

Ħafna strutturi kkomplikati u sorprendentement b'saħħithom jeżistu fin-natura, bħal dik tal-Lily tal-Ilma tar-Rabat. Nattiv għall-Amerika t'Isfel, din il-weraq li jżomm f'wiċċ l-ilma huwa b'saħħtu biżżejjed biex isostni adult minħabba l-istruttura unika tal-kannizzata tal-vini tiegħu.

L-istrutturi ta 'materjali magħmulin mill-bniedem jistgħu jiġu ddisinjati biex jimitaw dawn il-pjanti u materjali porużi naturali oħra bħall-qroll, b'andizzi differenti li jvarjaw minn kubi sempliċi għal dodekedri kumplessi. Il-pori f'dawn l-istrutturi tal-kannizzata jgħaqqdu, li jiffurmaw kanali. Magħrufa bħala materjali "ċellulari", dawn il-materjali kannizzati spiss jiġu bi kummerċ ta 'saħħa jekk mhux iddisinjati kif suppost, skond ir-riċerkaturi RMIT.

"Madankollu, l-istampar 3D tal-metall huwa game changer, li jippermetti lir-riċerkaturi jiddisinjaw u jiffabbrikaw dawl innovattiv ħafna u metalli ċellulari qawwija," qal Jordan Noronha, Ph.D. kandidat li ħadem fuq il-proġett fl-RMIT.

Fil-materjali ċellulari, il-kannizzata huma konnessi fi tliet dimensjonijiet minn vireg irqaq, solidi jew travi msejħa struts. Bl-użu ta 'struts vojta minflok, ir-riċerkaturi kellhom l-għan li jagħmlu materjal ċellulari ta' densità baxxa daqstant qawwi daqs liga metallika solida b'densità simili għal-ligi ta 'manjeżju ta' saħħa għolja.

Stampar tal-metamaterjali

It-tim ta 'riċerka mmexxi minn Ma Qian, professur fiċ-Ċentru ta' RMIT għall-Manifattura Addittiva, uża proċess ta 'stampar 3D imsejjaħ "Laser Powder Bed Fusion" biex jipproduċi l-metamaterjali tat-titanju. Din it-teknika, li tibni materjal saff b'saff bl-użu ta 'raġġ tal-lejżer b'qawwa għolja, hija komunement użata biex tipprepara partijiet kumplessi tal-manifattura minn inqas minn millimetru sa kważi żewġ metri fid-daqs.

Qian spjega l-approċċ tat-tim tiegħu. "L-ewwel, il-kampjun metamaterjali kollu kannizzata huwa ddisinjat bħala mudell diġitali. Imbagħad, dan il-mudell huwa mqatta 'b'mod diġitali f'ħafna saffi rqaq bl-użu ta' għodda ta 'softwer."

"Dan il-proċess ta 'fabbrikazzjoni bbażat fuq is-saff jinvolvi t-tidwib bil-lejżer ta' trab tal-metall, solidifikazzjoni rapida tal-metall likwidu (trab tal-metall imdewweb), u proċessi ripetuti ta 'tisħin u tkessiħ tal-metall solidifikat," huwa elaborat.

Qian jgħid li l-proċess kollu bħalissa jieħu madwar 18-il siegħa, iżda permezz tal-ottimizzazzjoni, hu u t-tim tiegħu jippjanaw li jqassru l-perjodu ta 'żmien fil-futur.

X’jagħmel il-materjal daqshekk qawwi?

Struts vojta u pjanċi rqaq huma ż-żewġ topoloġiji responsabbli għas-saħħa għolja tal-metamaterja. B'differenza mill-biċċa l-kbira tal-materjali ċellulari, li fihom punti dgħajfa fejn jikkonċentra l-istress, dawn iż-żewġ kannizzati komplementari jqassmu b'mod uniformi l-istress filwaqt li jipprovdu appoġġ.

"Idealment, l-istress fil-materjali ċellulari kollha għandu jinfirex indaqs," spjega Qian. "Madankollu, għal ħafna topoloġiji, huwa komuni għal inqas minn nofs il-materjal li jġorr prinċipalment it-tagħbija kompressiva, filwaqt li l-volum ikbar ta 'materjal huwa strutturalment insinifikanti."

"Dan id-disinn multi-topoloġija jippromwovi wkoll id-deflessjoni ta 'mogħdijiet ta' xquq biex itejbu l-ebusija," żied jgħid. "Minflok ix-xquq iseħħu direttament mill-kannizzata, li jseħħu f'ħafna materjali ċellulari, fit-topoloġija tal-kannizzata ta 'l-istrattu vojt tagħna, l-istruts u l-pjanċi jaħdmu flimkien biex jiddevjaw ix-xquq tul triq itwal."

Ligi tal-manjesju bħalissa jintużaw f'applikazzjonijiet kummerċjali li jeħtieġu saħħa għolja u ħafifa. Meta mqabbel mal-liga tal-manjeżju l-aktar b'saħħitha disponibbli (WE54), kampjun tal-metamaterjali tat-titanju b'densità komparabbli huwa ħafna iktar b'saħħtu. Il-ligi tal-manjesju ma jistgħux ukoll jistgħu jiġu fużjoni tas-sodda bil-lejżer jew stampar 3D minħabba l-vaporizzazzjoni tat-trab, li jagħtu lill-liga tat-titanju vantaġġ tal-manifattura.

Passi li jmiss u applikazzjonijiet potenzjali

Qabel ma l-materjal ikun kummerċjalizzat, Qian u t-tim tiegħu l-ewwel iridu jiżguraw li l-materjal iwettaq fl-effiċjenza massima tiegħu.

Biex jagħmlu dan, qed jippjanaw li jtejbu d-disinn attwali tagħhom biex isaħħu u jħaffu l-metamaterjali tat-titanju tagħhom saħansitra aktar. Pereżempju, ibbażat fuq simulazzjonijiet numeriċi, huma jaġġustaw il-proporzjon ta 'pjanċi rqaq għal struts vojta biex jippermettu distribuzzjoni ta' tensjoni aktar uniformi matul l-istruttura kollha.

Skond ir-riċerkaturi, jekk il-metamaterjali huwa fabbrikat minn liga ta 'titanju b'temperatura għolja, jista' jintuża f'temperaturi sa 600 grad. Din il-karatteristika, flimkien mar-reżistenza għall-korrużjoni tagħha, tagħmel il-materjal adattat għall-użu f'ajruplani li jtajru b'veloċità għolja jew missili, li għandhom ikunu jistgħu jifilħu s-sħana intensa ġġenerata mill-veloċitajiet għoljin tagħhom. Id-drones tat-titanju użati biex jimmonitorjaw jew jiġġieldu mill-qrib in-nirien jibbenefikaw ukoll mill-piż ħafif, is-saħħa u r-reżistenza tas-sħana tal-metamaterjali.

Minħabba li l-metamaterjali huwa wkoll bijokompatibbli, jista 'jintuża wkoll f'apparat mediku bħal impjanti tal-għadam. Madankollu, it-teknoloġija għadha mhix disponibbli b'mod wiesa 'f'dan l-istadju, u għalhekk l-adozzjoni tagħha mill-industrija tista' tieħu ftit taż-żmien. "L-iktar limitazzjoni importanti tagħna hija l-esklussività tat-teknoloġija tagħna, u l-ispiża tal-fabbrikazzjoni tista 'tkun ta' tħassib importanti ieħor," qal Qian.

"Il-proċessi tradizzjonali tal-manifattura mhumiex prattiċi għall-fabbrikazzjoni ta 'dawn il-metamaterjali tal-metall kkomplikati, u mhux kulħadd għandu magna tal-fużjoni tas-sodda bil-lejżer fil-maħżen tagħhom," żied jgħid. "Madankollu, hekk kif it-teknoloġija tiżviluppa, se ssir aktar aċċessibbli, li tippermetti lil udjenza akbar timplimenta l-metamaterjali multi-topoloġija ta 'saħħa għolja tagħna fil-komponenti tagħhom."