211service.com
Lengva, tvirta origami keramika
Naujas keraminių ir metalinių grotelių spausdinimo ir lankstymo į miniatiūrines konstrukcijas būdas gali lemti naujas lengvas inžinerines konstrukcijas. Ši technika apima tinklinių lakštų gamybą iš keraminio rašalo, tada šiuos lakštus sulankstoma ir kaitinama, kad būtų sukurtos sudėtingos formos. Šis metodas galėtų būti naudojamas lengvoms dalims, skirtoms aviacijos ir kosmoso reikmėms, gaminti, sudėtingiems audinių inžinerijos pastoliams ir filtrams bei katalizatoriams pramoninei chemijos gamybai gaminti.
Sudėtingos struktūros: Raudonas kūgis šio vaizdo viršuje yra spausdinimo galvutė, naudojama dvimatėms keraminių ir metalinių dažų grotelėms gaminti. Šias groteles galima sulankstyti ir sukurti sudėtingas struktūras, įskaitant kubus, spirales ir net origami kraną.
Galime sukurti sudėtingas trimates formas, kurių negalima padaryti kitais būdais, sako Jennifer Lewis , Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign Medžiagų tyrimų laboratorijos direktorius. Lewisas sukūrė techniką kartu su Ilinojaus tyrinėtoju Bok Ahn ir Davidas Dunandas , Šiaurės Vakarų universiteto medžiagų mokslo profesorius. Tyrėjai teigia, kad tai patenkina poreikį sukurti sudėtingas struktūras centimetrų skalėje – per mažas įprastam liejimui ar apdirbimui ir per didelis litografijai ar panašioms technikoms.
Lewisas anksčiau yra sukūręs naujų rūšių rašalo ir spausdinimo metodų dvimatėms struktūroms kurti. Jos metodas apėmė rašalo, kuriame yra keramikos ar metalo dalelių, išspaudimą iš spausdinimo galvutės, panašiai kaip dantų pasta būtų išspaudžiama iš tūbelės. Naudodamas šiuos rašalus Lewisas vienu metu galėjo sukurti tinklinius raštus po vieną sluoksnį. Tada grotelės gali būti kaitinamos, kad dalelės susijungtų ir pašalintų rašalo tirpiklius.
Lewiso grupė kreipėsi į origami lankstymą, kai bendradarbė paprašė jos pagaminti koncentrinius titano cilindrus, skirtus naudoti audinių inžinerijoje, kaip implantus, skatinančius kaulų augimą. Ahnas suprato, kad tokią struktūrą galima sukurti suvyniojus atspausdintą grotelę prieš ją kaitinant, ir grupė sugalvojo rašalo formulę, kad ji geriau atitiktų procesą. Medžiaga pakankamai elastinga, kad ją būtų galima sulankstyti, tačiau pakankamai tvirta, kad nesuskiltų ir nesuskiltų prieš sukietėjus.
Ta pati technika dabar buvo naudojama kuriant sudėtingas konstrukcijas, kuriose yra origami kranas, kuriam reikia 16 sulankstomų žingsnių. Tyrėjai teigia, kad kranas neturi praktinio pritaikymo, tačiau demonstruoja šios technikos pranašumus.
Spausdinimo ir lankstymo technika leidžia sukurti norimą formą, tačiau atsiimant svorį, sako Bobas Petersonas, vyresnysis mokslininkas. Aerojet , aviacijos ir kosmoso įmonė, kurios būstinė yra Sakramente, Kalifornijoje, kuri nėra susijusi su Ilinojaus grupe.
Petersonas sako, kad ši technika gali būti naudojama gaminant, pavyzdžiui, lengvesnius titano sutvirtinančius statramsčius raketų sparnams, ir jis mano, kad Ilinojaus grupės gamybos technika galėtų sumažinti šių konkrečių dalių svorį nuo maždaug 1,5 svaro iki ketvirtadalio svaro. Užuot darę, pavyzdžiui, kietą titano kubą, mokslininkai galėtų sukurti tuščiavidurį kubą su daug mažiau medžiagos. Sulenktos metalinės ir keraminės konstrukcijos taip pat turėtų atlaikyti ekstremalias temperatūras ir dideles apkrovas, o tai svarbu aviacijos ir pramonės reikmėms.
Ilinojaus mokslininkai dirba su įvairesnėmis medžiagomis ir išbando jau pagamintų konstrukcijų mechanines savybes. Titano konstrukcijos, pasak Dunando, yra stiprios ir atsparios lūžiams. Jis priduria, kad šis metodas turėtų būti suderinamas su įvairiomis medžiagomis, be titano, įskaitant plieną ir kitus metalus, daugybę keramikos ir junginių, naudojamų ceolitams gaminti, kurie dažniausiai naudojami filtravimui ir katalizei.