Titanijev metamaterijal uz 3D ispis postaje 50% čvršći od postojećih legura
Novi se 3D ispisani materijal odlikuje čvrstoćom još neviđenom u prirodi, a njegovi tvorci smatraju da bi se od toga mogla izrađivati medicinska oprema ili dijelovi zrakoplova i raketa
Na australskom sveučilištu RMIT razvijen je novi metamaterijal, tj. umjetna tvorevina posebne strukture, nastala 3D ispisom klasične titanijeve slitine. Tajna novog materijala je u njegovoj jedinstvenoj strukturi rešetke, koja se može dobiti isključivo aditivnom proizvodnjom, a koja mu daje 50% veću čvrstoću od legura slične gustoće, trenutačno korištenih u avioindustriji.
Jedinstvena topologija
Tvorci novog metamaterijala kažu da su bili inspirirani prirodom, odnosno šupljim strukturama biljaka u kojima se uz malenu masu kombinira svojstvo iznimne čvrstoće te jednoliku raspodjelu naprezanja kroz cijelu strukturu. Korištenjem legure titanija, aluminija i vanadija (Ti-6Al-4V), ali i "guranjem mogućnosti 3D ispisa do njegovih granica", tim s RMIT-a je uspio stvoriti unutarnju strukturu materijala, koja zadovoljava sve kriterije – od otpornosti, čvrstoće, mase pa do unutarnje jednolike distribucije opterećenja. To je nešto što se ne bi moglo postići tradicionalnim metodama proizvodnje.
"Osmislili smo šuplju cjevastu rešetkastu strukturu unutar koje se proteže tanka vrpca. Ta dva elementa zajedno pokazuju snagu i lakoću nikad prije viđenu zajedno u prirodi. Praktičnim spajanjem dvaju komplementarnih struktura za jednoliku raspodjelu naprezanja izbjegavamo slabe točke gdje se unutarnji stres materijala obično koncentrira", kaže voditelj projekta, profesor Ma Qian.
Materijal i njegova unutarnja topologija prvo su dizajnirani na računalu, pa izrađeni 3D ispisom, pri čemu su slojevi metalnog praha međusobno stapani laserom. U konačnici je tako nastala struktura pokazala 50% veću čvrstoću od usporedivo guste legure magnezija (WE54), trenutačno najčvršćeg materijala koji se koristi u aeronautici. Pritom je i upola smanjena sila naprezanja na kritičnim slabim točkama rešetkaste strukture.
Tako izrađen metamaterijal otporan je na temperature do 350°C, a njegovi tvorci smatraju da bi se to moglo podići i do 600°C, korištenjem titanijevih legura otpornijih na visoke temperature. Inovacija je opisana radom objavljenim u časopisu Advanced Materials.
