فاجأ هيكل شبكي جديد مطبوع ثلاثي الأبعاد الباحثين بقوته وخفة وزنه. ويستخدم بنيتين شبكيتين مختلفتين مدمجتين معًا، مما يزيل نقاط الضعف الموجودة عادةً في هذه الأشكال المعقدة. استلهم الباحثون في جامعة RMIT في ملبورن، أستراليا، من زنابق الماء المجوفة والشعاب المرجانية لدراسة كيفية تقليل تركيزات الضغط العالي الناتجة عن المفاصل.
وقال البروفيسور المتميز ما تشيان، المؤلف الأول للدراسة الجديدة: "من الناحية المثالية، ينبغي توزيع الإجهاد بالتساوي في جميع المواد المعقدة على شكل قرص العسل". "ومع ذلك، بالنسبة لمعظم الطوبولوجيا، عادةً ما يتعرض أقل من نصف المادة بشكل أساسي لأحمال الضغط، كما أن الحجم الأكبر من المادة ليس مهمًا من الناحية الهيكلية."
قام الباحثون بتقوية الشبكة الأنبوبية من خلال تغطيتها بشبكة ثانية في الأعلى، وأضافوا مقطعًا عرضيًا رفيعًا على شكل X بين الأنابيب والوصلات لتوزيع الحمل بشكل متساوٍ أثناء اختبار الضغط.
شكله معقد للغاية، لكن من السهل تصنيعه باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد بدمج مسحوق الليزر. اختبر الباحثون المكعب الناتج ووجدوا أنه أقوى بنسبة 50% من WE54، وهي سبيكة مغنيسيوم مصبوبة ذات كثافة مماثلة تستخدم في صناعة الطيران.
اعتمادًا على الطابعة، التي يمكن أن يتراوح حجمها من ملليمتر إلى عدة أمتار، يقولون إنها يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية، أو ما يصل إلى 600 درجة مئوية إذا تمت ترقيتها إلى سبائك تيتانيوم أكثر مقاومة للحرارة.
ويقول الباحثون إن المادة يمكن أن تكون مفيدة في المجالات التي تكون فيها القوة والوزن مهمين، مع تطبيقات تجارية محتملة بما في ذلك مكونات الطائرات والصواريخ. ومن المثير للاهتمام أنهم يقولون أيضًا إن المادة يمكن استخدامها أيضًا في زراعة العظام الطبية، وأنه عندما تندمج مع الجسم، يمكن في النهاية ملء الشكل المعقد المجوف جزئيًا عن طريق إعادة نمو الخلايا العظمية.
ولكن هل من السهل تصنيع مثل هذه الهياكل المعقدة؟ يعترف الباحثون: "ليس لدى الجميع آلة دمج مسحوق الليزر في مستودعاتهم. ومع ذلك، مع تطور التكنولوجيا، سيصبح الوصول إليها أكثر سهولة وستصبح عملية الطباعة أسرع، مما يسمح لعدد أكبر من الأشخاص باعتماد موادنا عالية القوة ومتعددة الطوبولوجيا في مكوناتها. والأهم من ذلك، يمكن لتكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد إنشاء أشكال شبكية بسهولة للتطبيقات العملية."
يدعو فريق RMIT الشركات التي ترغب في التعاون وتسويق هذه المواد الوصفية عبر مجموعة من التطبيقات، قائلًا إنها ستستمر في تحسين تصميم الشبكة سعيًا للحصول على قوة أكبر ووزن أخف.
تم نشر الورقة في مجلة المواد المتقدمة .