Inženýři australské RMIT University v Melbourne a jejich kolegové přicházejí se světovým unikátem. Vytvořili 3D tištěnou mřížkovou konstrukci z titanu, tvořenou dutými, vzájemně propojenými vzpěrami vyplněnými polyuretanovou pěnou. Výsledný materiál plave a zároveň také odolává působení mořské vody. Při stejné výsledné hustotě je pevnější než nerezová ocel nebo vysokohustotní plasty, které se dnes používají například u mol, bójí a plovoucích senzorů.
Jak říká vedoucí výzkumu Jordan Noronha, jejich nejnovější materiál překonává zásadní problém, který dosud bránil tomu, aby kovové mřížkové struktury plavaly. Kovové mřížkové konstrukce mohou být podle něj neuvěřitelně lehké, s hustotou menší než desetina hustoty vody. Problém je ale v tom, že jejich otevřené, vzájemně propojené prostory umožňují vodě pronikat dovnitř, takže celá konstrukce nakonec klesne ke dnu. Proto se zatím tyto materiály neuplatnily v mořské infrastruktuře.
Když badatelé vyplnili duté titanové vzpěry polyuretanovou pěnou, vytvořili konstrukci, kterou může voda volně protékat, a samotná konstrukce přitom stále plave, dokonce i po značném popraskání a poškození. Použitá pěna funguje jako bariéra, která pomáhá konstrukci zůstat na hladině i po poškození. Klesne ke dnu až když je úplně stlačená nebo rozdrcená. Jde o první známý plovoucí kovově-hybridní mřížkový metamateriál. Testované vzorky plavaly ve sladké vodě déle než dva měsíce.
Badatelé v rámci výzkumu vyvinuli veličinu skeletální hustota (skeletal density), která předpovídá, zda budou otevřené konstrukce plavat. Běžné výpočty hustoty zahrnují veškerý volný prostor uvnitř mřížkové struktury. Tento prostor ale může zaplnit voda a tím pádem nepřispívá k nadnášení konstrukce. Skeletální hustota naproti tomu zohledňuje pouze části konstrukce, které vodu skutečně vytlačují, titanové stěny a uzavřené prvky vyplněné pěnou. Pokud je skeletální hustota nižší než hustota okolní kapaliny, mřížková konstrukce bude plavat.
Testy ukázaly, že titanová mřížková konstrukce týmu byla při stejné celkové hustotě o 70 % pevnější než nerezová ocel nebo vysokohustotní polyetylen (HDPE), které se běžně používají v mořských aplikacích. Obstála i při krátkodobých korozních testech s přírodní mořskou vodou z melbournského zálivu Port Phillip Bay. Po dvou týdnech ponoření ztratila mřížková konstrukce pouhých 0,15 % své hmotnosti, zatímco její pevnost klesla o méně než 1 %.
##seznam_reklama##
Badatelé již vyrobili úvodní prototyp v podobě 3D tištěné námořní bóje, která zůstala stabilní v nádrži s rozbouřenou mořskou vodou. Bóje přitom nepotřebovala žádnou další ochranu či podpůrné prvky. Jak se zdá, s titanovými mřížkami brzy setkáme na oceánu.
Video: 3D Printing a Titanium Part Created By Artificial Intelligence
Literatura