Древно японско изкуство вдъхновява ултраздравите леки материали

Древното японско изкуство за сгъване и рязане на хартия, наречено киригами, е било използвано в миналото за разработване на техники за 3D печат, по-здрава подвижна лента и дори покритие за обувки. Неговите приложения са много, тъй като вдъхновява нови начини за правене на различни неща, които водят до превъзходни продукти.

Сега инженерите на Масачузетския технологичен институт са използвали тази форма на изкуството, за да разработят тип високоефективен ултраздрав, но много лек материал, известен като plate lattice (решетка, направена от плочи), според съобщение за пресата, публикувано във вторник.

Стоманен корк

„Този ​​материал е като стоманен корк. Той е по-лек от корка, но много здрав и с висока твърдост”, каза професор Нийл Гершенфелд, който ръководи Центъра за битове и атоми (CBA) в MIT и е старши автор на нова статия за този подход.

Използвайки модулен процес на конструиране, при който по-малки компоненти се оформят, сгъват и сглобяват в 3D форми, инженерите успяха да произведат различни решетки от плочи.

Това са клетъчни структури, съставени от триизмерни пресечни точки на плочи, а не от греди, което ги прави по-здрави и твърди от обикновените решетки.

Въпреки това, те са изключително сложни за производство, когато се използват обичайни техники като 3D печат. Ето къде се появи киригами.

Формата на изкуството датира от VII век и досега е била успешно използвана за производство на плочи от частично сгънати зигзагообразни гънки. Изследователите от Масачузетския технологичен институт допълнително подобриха този процес, като модифицираха общ модел на гънки на оригами, известен като модел на Миура-ори, така че острите върхове на гофрираната структура се трансформират във фасети.

Фасетите служат като плоски повърхности, към които плочите могат да бъдат прикрепени без използването на болтове. Това позволява създаването на сандвич структури.

Превъзхождат решетките с греди

„Решетките от плочи превъзхождат решетките от греди по сила и твърдост, като същевременно запазват същото тегло и вътрешна структура“, каза Пара Рубио, научен сътрудник в CBA.

„Достигането на горната граница на H-S за теоретична твърдост и здравина е демонстрирано чрез наномащабно производство с помощта на двуфотонна литография. Конструкцията на решетките от плочи е толкова трудна, че има малко изследвания. Смятаме, че сгъването е път към по-лесното използване на този тип плоча, изработена от метали“, добави той.

Новият процес също така позволява на инженерите да контролират твърдостта, здравината и модула на огъване на новия материал чрез кодиране на тези данни в карта, която се използва за създаване на киригами.

Изследователите дори замислиха модулен процес на сглобяване, удобен за по-големи конструкции, използвайки уникална машина, наречена Zund cutting table.

„За да се правят неща като автомобили и самолети, се инвестира огромна сума за инструменти. Този производствен процес е без инструменти като 3D печата. Но за разлика от 3D принтирането, нашият процес може да настрои границата за свойствата на материала за рекорди“, каза Гершенфелд.

Сега изследователите работят върху удобни за потребителя инструменти за проектиране, разработени специално за тези вдъхновени от киригами структури. Досега екипът от инженери и студенти са използвали новия си процес за създаване на големи алуминиеви произведения на изкуството, изложени в момента в медийната лаборатория на MIT.

„В края на краищата артистичното произведение е възможно само поради приноса на математиката и инженерството, който показваме в нашите документи. Но ние не искаме да пренебрегваме естетическата сила на нашата работа“, каза Рубио.

Произведенията на изкуството са дълги няколко метра, но изработката им отне само часове благодарение на ефективността на новата система.