研究者らは7倍の強度を持つ多結晶格子構造を3Dプリントした

研究者らは7倍の強度を持つ多結晶格子構造を3Dプリントした


2019年1月21日、アンタークティックベアは海外メディアから、インペリアル・カレッジ・ロンドンとシェフィールド大学の研究者が共同研究で3Dプリントされた物体の格子構造を分析し、金属単結晶の構造と比較したことを知りました。研究者たちは、格子が冶金原理に従っており、金属の単結晶構造をほぼ完全に再現しており、3D プリントされた格子のノードが単結晶原子のように機能し、格子の支柱が原子結合として機能することを発見しました。

どちらの構造でも、原子面、または格子の場合はノードが整列しています。これは、極端な温度での変形に対する耐性が求められるジェットエンジンなどの特定の用途に非常に適しています。しかし、これらの材料には欠点があり、破断点に達すると壊滅的な破損を招きます。これは、亀裂が常に抵抗が最も少ない経路をたどり、単結晶材料では、そのノードが最も弱い点であり、ノードがすべて一直線になっているため、亀裂は常に直線になるからです。

一方、多結晶材料は多数の結晶を持ち、その原子面はランダムに配列されています。このような材料の亀裂は、ノード間の全方向に最小抵抗の曲がりくねった経路をたどることで遅くなります。したがって、3D プリントされたオブジェクトの内部格子を多結晶構造に倣ってモデル化できれば、理論的にはこれらのオブジェクトはより強力になるはずです。





研究チームは多結晶原子構造モデルを採用し、それを拡張して 3D プリント用のメソスコピック構造を作成しました。研究チームはこれらの格子をメタ結晶と名付けました。彼らの実験では、多結晶格子を持つ 3D プリント物体は標準的な格子物体よりも 7 倍強力であることが示されました。これは、特定の形状を再配置するための大きな強度の違いですが、文字通り他の製造方法ではこれらの構造を生成できないため、この発見は 3D プリントによってのみ可能になりました。

シェフィールド大学材料科学工学部のイアン・トッド教授は次のように説明しています。「この材料開発のアプローチは、積層造形に広範囲な影響を及ぼします。物理冶金学と建築用メタマテリアルの融合により、エンジニアは必要な強度と靭性を備えた損傷耐性のある建築材料を作成できるようになり、同時に外部負荷に対する建築材料の性能も向上します。」

インペリアル・カレッジ・ロンドンのミン・ソン・ファム博士は、このプロセスとマルチマテリアル 3D プリンターを組み合わせる可能性について、次のように詳しく説明しました。「このメタ結晶アプローチは、マルチマテリアル 3D プリンティングの最近の進歩と組み合わせることができ、軽量で機械的強度に優れた新しい先進材料の開発に向けた研究の新たな境地を開き、将来の低炭素技術を進歩させる可能性を秘めています。」


出典: 3ders

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