PURDUE UNIVERSITY E SANDIA NATIONAL LABORATORIES UTILIZZANO LA STAMPA 3D PER PREVEDERE LA FORMAZIONE DI FRATTURE
I ricercatori della Purdue University e dei Sandia National Laboratories hanno utilizzato le stampanti 3D per sviluppare un nuovo modo di comprendere come e quando si sviluppano le fratture strutturali. La ricerca apre la strada per rilevare e prevedere le fratture da remoto.
Avere la capacità di rilevare e prevedere le fratture è di vitale importanza per migliorare la sicurezza e l’efficienza nelle attività di estrazione, gas e smaltimento delle scorie nucleari. Tuttavia, i ricercatori affermano che potrebbe anche essere importante comprendere l’integrità strutturale di strutture 3D come ponti e habitat umani su altri pianeti.
Prima di iniziare a utilizzare la stampa 3D, scienziati come il professore Purdue Pyrak-Nolte e lo studente Liyang Jiang hanno dovuto sperimentare campioni di roccia naturale o creare campioni di roccia utilizzando acqua minerale e polvere per realizzare calchi. Tuttavia, i risultati ottenuti con questo metodo non hanno fornito una base affidabile per determinare le cause delle fratture, poiché ogni roccia aveva caratteristiche e caratteristiche diverse. Una di queste caratteristiche è l’orientamento del loro “tessuto minerale” o il modo in cui sono organizzati i componenti minerali che compongono gli strati e le formazioni rocciose.
Per produrre risultati scientificamente validi da cui i ricercatori potrebbero trarre conclusioni, le rocce dovrebbero avere caratteristiche identiche e un tessuto minerale identico. I ricercatori hanno prodotto rocce stampate in 3D da utilizzare nei loro esperimenti, che hanno permesso loro di controllare ogni aspetto della roccia artificiale e di renderle identiche. Mettendo sotto pressione queste rocce, il team ha scoperto modelli che hanno permesso loro di identificare le rocce in base interamente alle reazioni del loro tessuto minerale allo stress applicato.
“Grazie alla nuova tecnologia di stampa 3D, siamo in grado di testare rocce e raccogliere risultati riproducibili. Possiamo progettare la forma in tutte le dimensioni, ed è un processo molto più accurato rispetto a lavorare con roccia naturale o calchi di roccia ”, ha commentato Jiang.
In modo simile alle rocce, anche le sostanze stampate in 3D sono costruite usando strati. In questo caso, i ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D ProJet CJP 360 3D Systems per produrre rocce artificiali in gesso con strati che imitano quelli trovati nelle rocce formate naturalmente.
Per fabbricare le rocce, la stampante 3D utilizza la tecnologia di getto del legante, che prevede la deposizione di uno strato di polvere di bassanite, quindi un agente legante viene spruzzato su di esso, prima che un altro strato di polvere di bassanite venga posato su di esso. Il processo provoca una reazione delle polveri con una soluzione legante a base d’acqua, producendo un campione di gesso con strati legati da cristalli di gesso.
Stampando vari campioni con diversi orientamenti di tessuto minerale e ponendoli sotto stress, il team ha iniziato a notare uno schema nel modo in cui si sono rotti. Il team di ricerca ha scoperto di essere in grado di identificare quale campione era stato rotto, semplicemente osservando il tipo di frattura e la forma o levigatezza della roccia o le sue ondulazioni.
“L’idea chiave è che se capiamo come vengono prodotte le ondulazioni, solo osservando un campione di roccia possiamo prevedere a distanza la geometria della frattura e i percorsi di flusso preferenziali per i fluidi”, ha affermato Pyrak-Nolte.
Mentre lo studio è in corso, gli ultimi risultati sono dettagliati nel rapporto intitolato ” Tessuto minerale come variabile nascosta nella formazione di fratture nei media a strati ” nella rivista Scientific Reports . È stato creato da Liyang Jiang, Hongkyu Yoon, Antonio Bobet e Laura J. Pyrak-Nolte.
Purdue University ha una storia di utilizzo della stampa 3D per superare le sfide tecnologiche. Ad esempio, l’Università ha raggiunto le finali di un concorso sponsorizzato da GE nell’agosto dell’anno scorso, che ha sfidato i team a progettare un nuovo dissipatore di calore in metallo stampato in 3D per raffreddare efficacemente l’elettronica.
Inoltre, i ricercatori della School of Mechanical Engineering dell’università hanno pubblicato uno studio all’inizio di marzo nel dettaglio dello sviluppo di microrobot tracciabili stampati in 3D . Mentre altri microrobot erano stati limitati nelle loro applicazioni a causa delle loro piccole dimensioni, si prevede che il nuovo metodo del team di ricerca per modellare i microrobot li renderà adatti per applicazioni biomediche.
Anche le aziende farmaceutiche stanno sfruttando le competenze della Purdue University, con Aprecia Pharmaceuticals che ha annunciato una partnership con il College of Pharmacy dell’Università all’inizio di questo mese. La loro collaborazione si concentrerà sullo sviluppo di future apparecchiature e farmaci farmaceutici stampati in 3D, riunendo uno scambio di docenti, studiosi di ricerca e studenti per prendere parte a collaborazioni congiunte nella ricerca.