Новые материалы. Удивительная сжимающаяся решетка

Автор Кэт Маклинток (Cat McClintock)

Замена твердого тела решетчатой структурой  может оказаться хорошим способом облегчить изделие, особенно, когда 3D-печать упрощает создание сложных конструкций. Однако масса – не единственная причина применять  решетчатые конструкции в проектировании. Это может также быть полезным при создании материалов с необычными свойствами. Так считает, по меньшей мере одна из групп исследователей. Рассмотрим такую задачу:

Большинство твердых тел расширяется при нагревании, что приводит к хаосу везде от печатных плат до железнодорожных путей.

Температурное расширение железнодорожных рельсов, которое приводит к изгибу рельсов, в результате чего 190 поездов сошло с рельсов в США за период с 1998 по 2002 гг. Изображение Lankyrider из Wikimedia Commons
Температурное расширение железнодорожных рельсов, которое приводит к изгибу рельсов, в результате чего 190 поездов сошло с рельсов в США за период с 1998 по 2002 гг. Изображение Lankyrider из Wikimedia Commons

Но недавно исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) делали эксперименты с композитными материалами, которые сжимаются при повышении температуры.

Они объединили два различных материала (грубо говоря, медь и полимеры) в решетчатую структуру, и выполнили 3D-печать с помощью микростереолитографии.

«Каждое вещество имеет различную скорость расширения при нагревании, — пишется в недавней публикации. — Когда вся структура нагревается, один материал должен нагреваться быстрее и втягивать другой материал внутрь, в результате чего вся структура сжимается».

Напечатанная на 3D-принтере решетчатая структура, сжимающаяся при нагревании. Снимок экрана из видео Heat-induced Shrinkage, от MIT (elastic material - упругий материал; stiff copper - жесткая медь)
Напечатанная на 3D-принтере решетчатая структура, сжимающаяся при нагревании. Снимок экрана из видео Heat-induced Shrinkage, от MIT (elastic material — упругий материал; stiff copper — жесткая медь)

Это не новая идея. В середине 1990-х учеными были предложены гипотетические структуры, конструкция которых должна обладать свойством «отрицательного температурного расширения».

«В этих статьях говорится о том, как такие структуры могли бы выйти за пределы стандартного температурного расширения, — говорит Николас Экс Фэн (Nicholas X. Fang), профессор машиностроения из MIT. — Но, в то время, было непонятно, как их сделать».

Сегодня, с помощью новых аддитивных технологий производства, исследователи могут разрабатывать и изготавливать маленькие звездообразные формы размером с кусочек сахара, которые становятся меньше при нагревании до 282°C.

Конечно, большинство конструкторов только начинают работать с проектированием для аддитивного производства, и остается только ждать, что произойдет когда более легкие формы заменят собой стандартные твердые тела. Однако, в то же время, очень интересно смотреть на новое использование 3D-печати и сложные конструкции. Используемые в малых вещах они могут дать большой эффект.

Будущее проектирования

В технологиях всегда трудно знать, куда пойдет разработка изделий. Скачайте PTC 10 Expert Insights: The Future of Product Design in the Age of Smart & Connected Devices (10 мнений экспертов. Будущее проектирования изделий в эпоху интеллектуальных, поддерживающих сетевые функции изделий) и узнайте, что лидеры в своей отрасли говорят о том, что следует знать, чтобы оставаться на коне в этом изменяющемся мире.

Источник: http://www.ptc.com/cad-software-blog/material-design-incredible-shrinking-lattice

Перевод подготовлен компанией Ирисофт.