Лазерный мир

Аэрокосмическая отрасль нуждается в лёгких и очень прочных материалах. Помочь в этом могут новые технологии с использованием 3D-печати. Например, учёные из США смогли напечатать наноразмерную решётчатую структуру с лучшим соотношением прочности к плотности, чем у алмаза.

Наноструктурная решётка, напечатанная учёными из США (University of California, Irvine)

Искусственно повторить или превзойти прочностные характеристики алмаза ― мечта многих учёных и одновременно вызов природе. Как обычно, теоретические исследования в этой области идут быстрее практической реализации. Одну из таких теорий, которая говорила о возможности создать искусственный материал с меньшей плотностью без ущерба прочности, подтвердила группа учёных из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI).

Традиционно решётчатые наноструктуры изготавливали в виде объёмной решётки с лучевыми (цилиндрическими) распорками в каждой плоскости и между вершинами ячейки. Теория гласила, что распорки из нанопластинок, например, как показано на картинке выше, придадут материалу лучшие прочностные характеристики. Проблема была в том, что создать такую наноструктуру оказалось чрезвычайно сложно.

Учёные из Калифорнийского университета в Ирвине смогли разработать технологию 3D-печати нанорешёток с пластинчатыми распорками. Печать структуры осуществлялась ультрафиолетовым лазером с послойной проекцией модели в жидкой смоле, чувствительной к УФ излучению. Об уровне технологии можно судить по тому, что толщина каждой нанопластинки составляла всего 160 нм.

Для стока избытков смолы из уже напечатанной модели в нанопластинках были предусмотрены отверстия. После удаления излишков смолы модель в течение часа выдерживалась в вакууме при температуре 900 °C. Последующие эксперименты с наноструктурой показали, что пластинчатые рёбра жёсткости по сравнению с лучевыми обеспечивают рост средней прочности материала на величину до 639 % и увеличивают среднюю жёсткость на величину до 522 %.

«Хотя теоретические характеристики этих структур были предсказаны ранее, мы были первой группой, которая экспериментально подтвердила, что они могут работать так же хорошо, как и прогнозировалось, и в то же время продемонстрировала спроектированный материал с беспрецедентными механическими характеристиками», ― сказал Лоренцо Вальдевит (Lorenzo Valdevit), профессор материаловедения и один из участников эксперимента.

Источник: · https://3dnews.ru/1008380