Исследователи из Гарвардского университета разработали новый способ для 3D-печати сотовых структур, которые имеют рекордные легкость и жесткость, с использованием эпоксидной смолы.
Как стало известно ProfiDom.com.ua, впервые этот материал используется для 3D-печати, и данный метод, по мнению ученых, позволит создавать новые легкие композиты для изготовления более эффективных ветровых турбин, более быстрых машин и более легких самолетов.
В большинстве своем материалы, природные или искусственные, имеют одну особенность – чем они плотнее, тем они прочнее. Но среди материалов есть и исключения. Например, пробковое дерево, которое имеет плотность менее 40 кг на куб. метр, но при этом обладает высокой прочностью, благодаря микроскопической структуре и сочетанию волокон целлюлозы и лигнина. Именно поэтому пробковое дерево используется тем, где легкие и прочные структуры имеют решающее значение – в лопастях ветровых турбин и шасси моделей самолетов и вертолетов. Пожалуй, единственным недостатком этого материала является ограниченность мировых запасов – пробковое дерево произрастает только в Эквадоре.
Исследователи из Гарварда придумали способ изготовления сотовой структуры, которая по своим характеристикам даже превосходит пробковое дерево, поскольку в ней отсутствуют случайные структурные дефекты древесины, которые могут сделать ее менее надежным для использования в качестве строительного материала.
Ученые взяли за основу микроскопическую структуру пробкового дерева, в основном полую, в которой несут нагрузку только клеточные стенки. Они построили новый композит из эпоксидной смолы, содержащей пластинки нано-клея для увеличения вязкости, а также наполнителей двух типов – нитевидных монокристаллов кремниевого карбида и отдельных углеродных волокон.
Одной из преимуществ создания нового материала является возможность точно контролировать его жесткость путем изменения ориентации наполнителей. Расположение нитевидных монокристаллов карбида кремния перпендикулярно направлению распределения нагрузки делает материал значительно прочнее – по той причине, что колоть дрова по направлению древесных волокон легче, чем перпендикулярно.
Как утверждает ученые, их исследование позволит наладить 3D-печать совершенно иных материалов, которые найдут применение в более широком спектре структурных приложений, в отличие от обычных термопластов. Новый композит до 20 раз жестче и в 2 раза прочнее, чем коммерчески доступные на сегодняшний день 3D-печатные полимеры.
