Um estudo publicado em Anais do Nexus da Academia Nacional de Ciências por pesquisadores de Penn Engineering, A Escola de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvâniae Universidade de Aarhus mostra que a incorporação de distúrbio controlado na estrutura de certos materiais pode melhorar sua resistência ao rachaduras.
Os achados destacam o potencial de promover os metamateriais mecânicos – materiais de mecanianos com desenhos geométricos precisos que transmitem propriedades físicas e mecânicas exclusivas, fabricadas através da impressão 3D. Essa descoberta aborda um dos principais desafios desses materiais: sua fragilidade. “Ao simplesmente alterar a geometria interna, sem alterar o materials em si, a resistência pode ser aumentada 2,6 vezes”, disse Kevin Turner, professor da Penn Engineering.
Esta pesquisa foi possível com a ajuda do Nationwide Science Basis (NSF) Programa MRSEC, que suporta pesquisas interdisciplinares em ciência de materiais, o Programa de Bolsa de Pós -Graduação de Ciência e Engenharia de Defesa Nacional que apoia estudantes de pós -graduação que buscam diplomas avançados nas disciplinas STEM e Fundação Villumuma organização filantrópica explicit com sede na Dinamarca.
Pesquisa sobre como o distúrbio endurece os materiais
Os pesquisadores exploraram como o distúrbio em pequena escala influencia o desempenho materials, inspirando-se em materiais naturais como ossos, nácar e mexilhão, que exibem minuto, variações aparentemente aleatórias. Com isso em mente, a equipe conduziu simulações computacionais em vários padrões de rede triangular, incluindo projetos simétricos e aqueles com variações nas posições de nós.
Os testes de laboratório e simulação revelaram que as amostras de melhor desempenho, onde as rachaduras eram mais difíceis de se propagar, tinham geometrias variadas. “As amostras que tiveram o melhor desempenho, nas quais period mais difícil para uma rachadura crescer, não consistiam em padrões regulares de repetição. Eles tinham geometria diferente em diferentes áreas ”, disse Sage Fulco, principal autor e pesquisador de pós -doutorado, Meam.
O estudo também identificou um nível ideally suited de desordem – pouco ou demais levou a um desempenho menos eficaz. “Havia um nível específico de desordem, de modo que os padrões que cortamos no materials pareciam um pouco regulares, mas não exatamente simétricos, onde fomos capazes de alcançar o mais alto nível de desempenho”, diz Fulco.
Perspectivas futuras: expandir o potencial de padrões desordenados
Olhando para o futuro, os pesquisadores esperam inspirar uma exploração adicional de padrões desordenados em metamateriais mecânicos e engenharia. Eles enfatizam que o sucesso de seu design revela o potencial inexplorado do estudo de materiais naturais, com aplicações em setores críticos como aeroespacial, onde a resistência a trincas e a tolerância a danos são vitais. “A combinação de diversos materiais e a integração de geometrias em várias escalas oferece oportunidades interessantes”, diz Fulco.
Avanços na impressão 3D para maior resistência ao materials
As inovações recentes na impressão 3D visam melhorar a força e a resistência do materials por meio de projetos bio-inspirados e técnicas avançadas. Em 2022, uma equipe do Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul na Chinao Escola de Metalurgia e Materiais da Universidade de Birmingham, Reino UnidoAssim, a Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong, Hospital Shenzhen da Universidade de Pequime O Instituto de Pesquisa de Inovação Hkust Shenzhen-Hong Kong desenvolveu compósitos cerâmicos impressos em 3D com tenacidade aprimorada. Integrando o Mantis estruturas inspiradas em camarão com processamento de luz digital (DLP) Impressão 3D, a equipe procurou superar as limitações de métodos tradicionais, como modelos de gelo e elenco de congelamento.
Em outros lugares, pesquisadores do Universidade da cidade de Hong Kong (Cityu), desenvolveu um método para fazer Peças de treliça polimérica impressas em 3D 100 vezes mais fortes. Ao carbonizar parcialmente o materials, eles alcançam o aumento da força e da ductilidade melhorada, permitindo a criação de impressões duráveis e personalizadas para aplicações como stents coronarianos e bio-implantes. Esse processo oferece uma solução econômica e escalável para a produção de metamateriais mecânicos leves, fortes e versáteis.
O que Tendências de impressão 3D Você deve vigiar em 2025?
Como está o futuro da impressão 3D moldando?
Para manter -se atualizado com as últimas notícias em impressão 3D, não se esqueça de se inscrever no Boletim da indústria de impressão 3D ou siga -nos LinkedIn.
Enquanto você está aqui, por que não se inscrever em nosso YouTube canal? Apresentando discussões, interrogatórios, shorts de vídeo e replays de webinar.
A imagem em destaque mostra o design desordenado (inferior) rachado menos que o estruturado (em cima), mostrado pela propagação de pontos vermelhos. Imagem through: Sage Fulco