I ricercatori della Rice University stampano cubi di ispirazione tubulana in 3D che respingono i proiettili
I ricercatori della Brown School of Engineering della Rice University hanno strutture in plastica leggera stampate in 3D con proprietà di durezza simili al diamante. In un impressionante esperimento, il team ha sparato proiettili contro le strutture cubiche stampate in 3D con quasi nessun effetto.
In che modo i ricercatori hanno creato cubi di plastica antiproiettile? La risposta è tubulani, che sono strutture teoriche di nanotubi di carbonio reticolati. Si prevede che queste strutture abbiano un’incredibile forza e il team di ricerca era interessato ad esplorare come potevano essere applicati nel mondo fisico con i polimeri.
Lo scienziato dei materiali Pulickel Ajayan ha scoperto che sebbene i tubulani reali non siano ancora stati realizzati, potrebbero essere ricreati in una scala ingrandita utilizzando la stampa 3D e materiali polimerici. L’autore principale della ricerca Seyed Mohammad Sajadi e i suoi colleghi hanno generato simulazioni al computer di blocchi di tubulane, li hanno ridimensionati e stampati in 3D usando materiali polimerici.
I ricercatori hanno quindi confrontato le strutture stampate in 3D con blocchi realizzati interamente con lo stesso materiale (senza geometrie porose) conducendo una serie di test. In tutti i test – che includevano schiacciarli e sparare proiettili contro di loro – i blocchi ispirati alla tubulane stampati in 3D hanno ottenuto risultati significativamente migliori.
Nel test dei proiettili, in cui i proiettili venivano lanciati a una velocità di 5,8 km al secondo, il blocco stampato in 3D era 10 volte migliore nell’arresto di un proiettile rispetto a un blocco solido costituito dalla stessa plastica. “Il proiettile era bloccato nel secondo strato della struttura”, ha detto Sajadi. “Ma nel blocco solido, le crepe si sono propagate attraverso l’intera struttura.”
Un test di stampa di laboratorio condotto dai ricercatori (visto nel video qui sotto) ha anche dimostrato come il reticolo stampato in 3D collassa su se stesso senza incrinarsi, mentre il blocco solido ha ceduto al cracking. I risultati di questi test mostrano il potenziale di stampa di strutture di qualsiasi dimensione con proprietà meccaniche regolabili e straordinaria resistenza. Nel regno della scienza dei materiali, la ricerca è un passo emozionante verso la produzione di tubolari reali.
“Esistono molti sistemi teorici che le persone non possono sintetizzare”, ha spiegato Sajadi. “Sono rimasti impraticabili ed elusivi. Ma con la stampa 3D, possiamo ancora sfruttare le proprietà meccaniche previste perché sono il risultato della topologia, non delle dimensioni “.
“Le proprietà uniche di tali strutture derivano dalla loro complessa topologia, che è indipendente dalla scala”, ha aggiunto l’alunno Rice Rice Chank Sekhar Tiwary, co-principale investigatore del progetto e assistente professore presso l’Indian Institute of Technology, Kharagpur. “Il rafforzamento o il miglioramento della capacità portante controllati dalla topologia possono essere utili anche per altri progetti strutturali.”
In vari settori in cui viene adottata la produzione additiva, esiste un forte interesse per il potenziale dei metamateriali o dei reticoli interni. Sfruttando la resistenza delle strutture tubulane mediante AM, è possibile progettare nuove strutture stampabili in metallo, ceramica o plastica in vari settori.
Un settore particolarmente interessante per le strutture tubulane stampate è il petrolio e il gas, che potrebbero beneficiare della resistenza dei materiali per la costruzione di pozzi, che richiede un’estrema resistenza all’impatto.
