Yeni Titanyum “Metamalzeme” Doğaüstü Güce Sahip
Avustralya’daki RMIT Üniversitesi’nden bir ekip tarafından, doğadakileri ve üretim dünyasının çoğunu geride bırakacak gibi görünen ağırlık için güç seviyelerine sahip yeni bir 3D baskılı “metamalzeme” yaratıldı. Bu yeni malzeme, tıbbi implantlardan uçaklara ve roketlere kadar her şey için önemli etkilere sahip olabilir.
Yeni metamateryal – doğada görülmeyen elektromanyetik özellikler sergileyen yapay olarak yapılandırılmış bir malzeme – yaygın bir titanyum alaşımından yapılmıştır. Ancak bunun sizi yanıltmasına izin vermeyin, yeteneği hakkında sıradan bir şey yok.
Burada farkı yaratan şey yapısıdır. Malzeme, onu sadece benzersiz değil, aynı zamanda son derece güçlü kılan benzersiz bir kafes tasarımına sahip. Ekibin yeni çalışmasına göre malzeme, havacılık ve uzay uygulamalarında kullanılan benzer yoğunluktaki bir sonraki en güçlü alaşımdan yüzde 50 daha güçlü.
Peki bu tasarım nasıl ortaya çıktı? Ezber bozan pek çok icatta olduğu gibi, bu yeni malzemenin ilham kaynağı da doğal dünyanın gözlemleri oldu. Bu örnekte, Victoria nilüferleri gibi güçlü saplı bitkiler ve organ borulu mercan (Tubipora musica) gibi dayanıklı mercanlar, hafifliğin dayanıklılıkla nasıl birleştirileceğine dair talimatlar sundu.
Ancak güçlü bir doğal yapıyı gözlemlemek başka bir şeydir, bunu yapay malzemelerle taklit etmek başka bir şeydir. Araştırmacılar onlarca yıldır doğadaki örneklere benzer kendi içi boş “hücresel yapılarını” yaratmaya çalıştılar, ancak çabaları üretim ve yük stresi sorunları nedeniyle hüsrana uğradı ve bu da başarısızlıklara yol açtı.
Değerli Profesör Ma Qian yaptığı açıklamada, “İdeal olarak, tüm karmaşık hücresel malzemelerdeki stres eşit olarak yayılmalıdır” dedi. “Ancak çoğu topolojide malzemenin yarısından azının esas olarak basınç yükünü taşıması yaygındır, daha büyük malzeme hacmi ise yapısal olarak önemsizdir.”
Ancak bu durumda fark yaratan şey, metal 3D baskının sunduğu benzeri görülmemiş yenilikçi çözümler oldu.
“İçinde ince bir bant bulunan içi boş boru şeklinde bir kafes yapı tasarladık. Bu iki unsur birlikte doğada daha önce hiç görülmemiş bir güç ve hafiflik sergiliyor,” diye ekliyor Qian. “Stresi eşit bir şekilde dağıtmak için iki tamamlayıcı kafes yapısını etkin bir şekilde birleştirerek, stresin normalde yoğunlaştığı zayıf noktalardan kaçınıyoruz.”
Güçlü ama az maliyetli
Bu yeni harika malzemeyi yaratmak için Qian ve meslektaşları, tasarımlarını RMIT’nin Gelişmiş Üretim Bölgesi’nde lazer toz yatağı füzyonu adı verilen bir teknik kullanarak 3D olarak bastılar. Bu yaklaşım, yüksek güçlü lazer ışınları kullanarak metal tozu katmanlarını birlikte eritiyor.
Sonuçta, benzer yoğunluğa sahip en güçlü alaşım olan dökme magnezyum alaşımı WE54’ten yüzde 50 daha güçlü bir titanyum kafes küp elde edildi. Bu yeni yapı, kafesin zayıf noktalarında yoğunlaşan stres miktarını etkili bir şekilde yarıya indirdi.
Çift kafesli bir tasarım olan yapı aynı zamanda oluşabilecek çatlakları, dayanıklılığına zarar vermeyecek şekilde saptırma yeteneğine de sahip.
Yapı, farklı yazıcı türleri kullanılarak birkaç milimetre kadar küçük bir yapıdan birkaç metre boyutundaki yapılara kadar gerektiği şekilde ölçeklendirilebilir. Dahası, yapının basılabilirliği, biyouyumluluğu, korozyon ve ısı direnci, onu çeşitli üretim alanlarındaki uygulamalar için potansiyel bir oyun değiştirici haline getiriyor.
Baş yazar Jordan Noronha, “Şu anda yüksek mukavemet ve hafiflik gerektiren ticari uygulamalarda kullanılan mevcut en güçlü dökme magnezyum alaşımıyla karşılaştırıldığında, karşılaştırılabilir yoğunluğa sahip titanyum metamateryalimizin çok daha güçlü olduğu veya basınçlı yükleme altında kalıcı şekil değişikliğine daha az duyarlı olduğu gösterildi, ayrıca üretimi daha uygun” dedi.
Ekip şimdi malzemelerini rafine etmeyi ve daha yüksek sıcaklıktaki ortamlardaki uygulamalarını keşfetmeyi planlıyor. Şu anda, titanyum küp 350°C (662°F) kadar yüksek sıcaklıklara dayanabiliyor, ancak 600°C (1,112°F) kadar yüksek sıcaklıklara dayanmasını sağlayabileceklerini düşünüyorlar. Bu da onu havacılık ve uzay mühendisliği ve itfaiyeci dronları için mükemmel bir malzeme haline getirecektir.
Bununla birlikte, yeni malzemeyi yapmak için gereken teknoloji henüz yaygın olarak mevcut değil, bu nedenle benimsenmesi zaman alabilir.
Noronha, “Geleneksel üretim süreçleri bu karmaşık metal metamalzemelerin üretimi için pratik değil ve herkesin deposunda bir lazer toz yatağı füzyon makinesi yok” dedi.
“Ancak teknoloji geliştikçe, daha erişilebilir hale gelecek ve baskı süreci çok daha hızlı olacak, böylece daha geniş bir kitlenin yüksek mukavemetli çoklu topoloji metamalzemelerimizi bileşenlerinde uygulamasına olanak sağlayacaktır. Daha da önemlisi, metal 3D baskı gerçek uygulamalar için kolay net şekil üretimine olanak tanıyor.”
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
Mühendisler Titanyum Gücüne ve Su Yoğunluğuna Sahip “Metalik Odun” Yaptılar