211service.com
Ceramiche Origami leggere e resistenti
Un nuovo modo di stampare e piegare reticoli in ceramica e metallo in strutture in miniatura potrebbe portare a nuove strutture ingegneristiche leggere. La tecnica prevede la realizzazione di fogli reticolati con inchiostro ceramico, quindi la piegatura e il riscaldamento di questi fogli per creare forme complesse. Il metodo potrebbe essere utilizzato per realizzare parti leggere per applicazioni aerospaziali, impalcature complesse per l'ingegneria dei tessuti e filtri e catalizzatori per la produzione chimica industriale.
Strutture complesse: Il cono rosso in alto al centro di questa immagine è una testina di stampa utilizzata per realizzare reticoli bidimensionali di inchiostri ceramici e metallici. Questi reticoli possono essere piegati per creare strutture complesse tra cui cubi, spirali e persino una gru origami.
Possiamo creare forme complesse e tridimensionali che non possono essere realizzate in altri modi, afferma Jennifer Lewis , direttore del Laboratorio di ricerca sui materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Lewis ha sviluppato la tecnica con il ricercatore dell'Illinois Bok Ahn e David Dunand , professore di scienza dei materiali alla Northwestern University. I ricercatori affermano che soddisfa la necessità di un modo per fabbricare strutture complesse su scala centimetrica: troppo piccole per lo stampaggio o la lavorazione convenzionale e troppo grandi per la litografia o tecniche simili.
Lewis ha precedentemente creato nuovi tipi di inchiostri e metodi di stampa per realizzare strutture bidimensionali. Il suo approccio prevedeva la spremitura di inchiostri contenenti particelle di ceramica o metallo da una testina di stampa, in modo simile al modo in cui il dentifricio viene spremuto da un tubo. Con questi inchiostri, Lewis poteva creare motivi a reticolo, uno strato alla volta. I reticoli potrebbero quindi essere riscaldati per fondere insieme le particelle e rimuovere i solventi dell'inchiostro.
Il gruppo di Lewis si è rivolto alla piegatura degli origami quando un collaboratore le ha chiesto di realizzare cilindri concentrici di titanio da utilizzare nell'ingegneria dei tessuti, come impianti per incoraggiare la crescita ossea. Ahn si rese conto che una tale struttura poteva essere realizzata arrotolando un reticolo stampato prima di riscaldarlo, e il gruppo ha armeggiato con la formulazione degli inchiostri per adattarsi meglio al processo. Il materiale è abbastanza elastico da piegarsi, ma abbastanza robusto da non piegarsi o rompersi prima che si solidifichi.
La stessa tecnica è stata ora utilizzata per realizzare strutture complesse che includono una gru origami che richiede 16 gradini pieghevoli. La gru non ha un'applicazione pratica, ma dimostra i vantaggi di questa tecnica, affermano i ricercatori.
La tecnica di stampa e piega ti consente di creare la forma che desideri, ma senza il peso, afferma Bob Peterson, scienziato senior presso Aerojet , una società aerospaziale con sede a Sacramento, in California, non affiliata al gruppo dell'Illinois.
Peterson afferma che la tecnica potrebbe essere utilizzata per realizzare, ad esempio, montanti di rinforzo in titanio più leggeri per le ali dei razzi, e stima che la tecnica di produzione del gruppo dell'Illinois potrebbe ridurre il peso di queste parti particolari da circa 1,5 libbre a un quarto di libbra. Invece di realizzare un solido cubo di titanio, ad esempio, i ricercatori potrebbero costruirne uno cavo con molto meno materiale. Le strutture piegate in metallo e ceramica dovrebbero anche essere in grado di resistere a temperature estreme e carichi pesanti, il che è importante per le applicazioni aerospaziali e industriali.
I ricercatori dell'Illinois stanno lavorando con una gamma più ampia di materiali e testando le proprietà meccaniche delle strutture che hanno già realizzato. Le strutture in titanio, afferma Dunand, sono forti e resistenti alla frattura. Aggiunge che l'approccio dovrebbe essere compatibile con una gamma di materiali oltre al titanio, inclusi acciaio e altri metalli, molte ceramiche e i composti usati per produrre zeoliti, comunemente usati per la filtrazione e la catalisi.