Des scientifiques australiens conçoivent une nouvelle structure en titane imprimée en 3D dotée d'une force surnaturelle

Des scientifiques australiens conçoivent une nouvelle structure en titane imprimée en 3D dotée d'une force surnaturelle
Table
  1. La structure en titane imprimée en 3D montre une force surnaturelle
  2. Améliorer la conception même de la nature
  3. Force alimentée par laser


Un « métamatériau » imprimé en 3D offrant des niveaux de résistance par rapport à un poids rarement observés dans la nature ou dans la fabrication pourrait changer la façon dont nous fabriquons tout, des implants médicaux aux pièces d’avion ou de fusée.

La structure en titane imprimée en 3D montre une force surnaturelle

Un matériau « métamatériau » imprimé en 3D, qui présente des niveaux de résistance par poids normalement inconnus dans la nature ou dans la fabrication, pourrait changer la façon dont nous fabriquons tout, des implants médicaux aux pièces d'avion ou de fusée.

Des chercheurs de l’Université RMIT ont créé le nouveau métamatériau, terme utilisé pour décrire un matériau artificiel doté de propriétés uniques non observées dans la nature, à partir d’un alliage de titane courant.

Mais c'est la conception unique de la structure en treillis du matériau, récemment publiée dans le magazine Matériaux avancésce qui le rend tout sauf courant : les tests montrent qu'il est 50 % plus résistant que l'alliage le plus résistant de densité similaire utilisé dans les applications aérospatiales.

Améliorer la conception même de la nature

Les structures en treillis constituées de supports creux ont été inspirées à l'origine par la nature : des plantes aux fortes tiges creuses comme le nénuphar Victoria nous ont montré la voie en alliant légèreté et résistance.

Cependant, comme l'explique le professeur Ma Qian du RMIT, des décennies de tentatives visant à reproduire ces « structures cellulaires » creuses dans les métaux ont été contrecarrées par les problèmes courants d'usinabilité et de contraintes concentrées sur les zones internes des supports. lacunes, conduisant à une défaillance prématurée.

Idéalement, le stress dans tous les matériaux cellulaires complexes devrait être réparti uniformément.

Cependant, pour la plupart des topologies, il est courant que moins de la moitié du matériau supporte principalement la charge de compression, tandis que le plus grand volume de matériau est structurellement insignifiant.

Ma Qian

L’impression 3D métal apporte des solutions innovantes sans précédent à ces problèmes.

Poussant la conception de l'impression 3D à ses limites, l'équipe RMIT a optimisé un nouveau type de structure en treillis pour répartir les contraintes plus uniformément, améliorant ainsi sa résistance ou son efficacité structurelle.

Nous avons conçu une structure en treillis tubulaire creux comportant une fine bande à l’intérieur. Ces deux éléments réunis montrent une force et une légèreté jamais vues ensemble dans la nature.

En fusionnant efficacement deux structures de treillis complémentaires pour répartir uniformément les contraintes, nous évitons les points faibles où les contraintes sont normalement concentrées.

Ma Qian

Force alimentée par laser

Ils ont imprimé ce dessin au Advanced Manufacturing Precinct du RMIT en utilisant un processus appelé fusion sur lit de poudre laser, où des couches de poudre métallique sont fusionnées à l'aide d'un faisceau laser de haute puissance.

Des tests ont montré que le motif imprimé, un cube en treillis de titane, était 50 % plus résistant que l'alliage de magnésium moulé WE54, l'alliage de densité similaire le plus résistant utilisé dans les applications aérospatiales. La nouvelle structure avait effectivement réduit de moitié la quantité de contrainte concentrée dans les fameux points faibles du treillis.

La conception à double treillis signifie également que toutes les fissures sont déviées le long de la structure, améliorant encore davantage la ténacité.

L'auteur principal de l'étude et doctorant au RMIT, Jordan Noronha, a déclaré qu'ils pourraient réaliser cette structure à l'échelle de plusieurs millimètres ou plusieurs mètres en utilisant différents types d'imprimantes.

Cette imprimabilité, ainsi que sa solidité, sa biocompatibilité, sa résistance à la corrosion et à la chaleur, en font un candidat prometteur pour de nombreuses applications, depuis les dispositifs médicaux tels que les implants osseux jusqu'aux pièces d'avions ou de fusées.

Comparé à l'alliage de magnésium moulé le plus résistant actuellement disponible, utilisé dans des applications commerciales nécessitant une résistance et une légèreté élevées, notre métamatériau en titane de densité comparable s'est avéré beaucoup plus résistant ou moins susceptible aux changements de forme permanents sous charge de compression, sans parler de sa fabrication plus réalisable.

Jordan Noronha

L’équipe prévoit d’affiner davantage le matériau pour une efficacité maximale et d’explorer des applications dans des environnements à températures plus élevées.

Bien qu'actuellement résistant à des températures allant jusqu'à 350°C, ils pensent qu'il pourrait résister à des températures allant jusqu'à 600°C en utilisant des alliages de titane plus résistants à la chaleur, pour des applications dans l'aérospatiale ou les drones de lutte contre les incendies.

La technologie permettant de fabriquer ce nouveau matériau n’étant pas encore largement disponible, son adoption par l’industrie pourrait prendre un certain temps. "Les processus de fabrication traditionnels ne sont pas pratiques pour fabriquer ces métamatériaux métalliques complexes, et tout le monde ne dispose pas d'une machine de fusion laser sur lit de poudre dans son entrepôt", a-t-il déclaré.

Cependant, à mesure que la technologie se développera, elle deviendra plus accessible et le processus d'impression deviendra beaucoup plus rapide, permettant à un public plus large d'implémenter nos métamatériaux multi-topologie à haute résistance dans leurs composants. Il est important de noter que l’impression 3D métallique permet une fabrication facile de formes nettes pour des applications réelles.

Jordan Noronha

Le directeur technique du Advanced Manufacturing Precinct du RMIT, le professeur distingué Milan Brandt, a déclaré que l'équipe accueillait les entreprises qui souhaiteraient collaborer sur les nombreuses applications potentielles.

Notre approche consiste à identifier les défis et à créer des opportunités grâce à la conception collaborative, au partage des connaissances, à l'apprentissage par le travail, à la résolution de problèmes critiques et à l'application de la recherche.

Milan Brandt

Via La structure en titane imprimée en 3D montre une force surnaturelle – Université RMIT

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