mercredi, 17 avril 2024

Le nouveau « métamatériau » en titane a une force surnaturelle

Un tout nouveau « métamatériau » imprimé en 3D qui a apparemment des niveaux de résistance pour un poids qui semblent surpasser ceux de la nature et de la majorité du monde manufacturier a été produit par une équipe de l’Université RMIT, en Australie. Ce tout nouveau matériau pourrait avoir des implications significatives dans tous les domaines, des implants médicaux aux avions en passant par les fusées.

Le tout nouveau métamatériau – un produit structuré synthétiquement affichant des propriétés électromagnétiques résidentielles ou commerciales que l’on ne voit pas dans la nature – est fabriqué à partir d’un alliage de titane commun. Ne vous laissez pas tromper, ses capacités n’ont absolument rien de typique.

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Ce qui fait la différence voici sa structure. Le matériau présente un style de treillis unique qui le rend non seulement unique, mais également très solide. Selon la toute nouvelle étude de l’équipe, le matériau est 50 % plus résistant que le deuxième plus grand alliage de densité similaire, utilisé dans les applications aérospatiales.

Comment ont-ils imaginé cette conception ? Semblable à de nombreuses créations révolutionnaires, l’inspiration de ce tout nouveau produit est issue d’observations du monde naturel. Dans ce cas, des plantes robustes à tige sacrée telles que les nénuphars Victoria et des coraux durables tels que le corail à tuyaux d’orgue (Tubipora musica) ont enseigné comment allier légèreté et durabilité.

Or observer une structure naturelle forte est une chose, la reproduire dans des produits de synthèse en est une autre. Pendant des décennies, les chercheurs ont tenté de créer leurs propres « structures cellulaires » creuses similaires à celles observées dans les exemples naturels, mais leurs efforts ont été contrecarrés par des problèmes de fabrication et de tension de charge, ce qui a en fait conduit à des échecs.

« De préférence, le stress dans tous les matériaux cellulaires complexes doit être réparti de manière égale », a expliqué l’enseignant identifié Ma Qian dans un communiqué. « Néanmoins, pour de nombreuses topologies, moins de la moitié du matériau supporte principalement la charge de compression, tandis que le plus grand volume de matériau est structurellement insignifiant. »

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Cependant, ce qui a réellement fait la différence dans ce cas, ce sont les services innovants inégalés offerts par l’impression 3D métallique.

« Nous avons développé un treillis tubulaire creux structure qui a une fine bande à l’intérieur. Ces deux éléments révèlent ensemble une force et une légèreté jamais vues ensemble dans la nature », a ajouté Qian. « En combinant avec succès deux structures de treillis complémentaires pour répartir uniformément le stress, nous évitons l’impuissance là où le stress se concentre généralement. »

La force mais à peu de frais

Pour Pour produire ce tout nouveau produit merveilleux, Qian et ses collègues ont imprimé leur style en 3D dans l’Advanced Manufacturing Precinct du RMIT en utilisant une méthode appelée fusion laser sur lit de poudre. Cette méthode fait fondre des couches de poudre métallique ensemble à l’aide de faisceaux laser de haute puissance.

Le résultat est un cube en treillis de titane qui est deux fois plus résistant que l’alliage de magnésium moulé WE54, le plus grand alliage avec une densité similaire. Cette nouvelle structure a réussi à réduire de moitié la quantité de tension focalisée sur l’impuissance du treillis.

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La structure, un double treillis conception, a également la capacité de dévier les fissures qui pourraient se former afin qu’elles n’affaiblissent pas sa résistance.

La structure peut être dimensionnée selon les besoins, depuis quelque chose d’aussi petit qu’un certain nombre de millimètres jusqu’à des structures d’un certain nombre de millimètres. de mètres, en utilisant différents types d’imprimantes. De plus, l’imprimabilité, la biocompatibilité et la résistance à la rouille et à la chaleur de la structure en font un potentiel révolutionnaire pour les applications dans différents domaines de production.

« Comparé à l’alliage de magnésium moulé disponible le plus résistant actuellement utilisé dans les applications industrielles nécessitant « Haute résistance et légèreté, notre métamatériau en titane avec une densité similaire s’est révélé beaucoup plus puissant ou moins vulnérable aux modifications irréversibles de forme sous charge de compression, sans parler de sa fabrication plus pratique », a expliqué l’auteur principal Jordan Noronha.

Le groupe prévoit désormais de peaufiner son produit et d’explorer son application dans des environnements à température plus élevée. À l’heure actuelle, le cube de titane peut résister à des températures allant jusqu’à 350 °C (662 °F), mais ils pensent pouvoir le faire résister à des températures aussi élevées que 600 °C (1 112 °F). Cela en ferait un excellent produit pour l’ingénierie aérospatiale et les drones des pompiers.

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Néanmoins, l’innovation nécessaire pour faire le tout nouveau produit n’est pas encore largement disponible, son adoption peut donc prendre du temps.

« Les procédures de fabrication standard ne sont pas utiles pour la fabrication de ces métamatériaux métalliques complexes, et tout le monde n’a pas de machine de fusion laser sur lit de poudre dans son entrepôt », a déclaré Noronha.

« Cependant, à mesure que l’innovation s’établira, elle deviendra plus disponible et le processus d’impression deviendra beaucoup plus rapide, permettant à un public plus large de mettre en œuvre nos métamatériaux multi-topologies à haute résistance dans leurs éléments. Notamment, l’impression 3D métallique permet de véritables applications de fabrication simple de formes nettes. « 

L’article est publié dans la revue Advanced Products.

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