Древнее японское искусство вдохновляет на создание сверхпрочных легких материалов

С

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Древнее японское искусство складывания и резки бумаги, называемое киригами, в прошлом использовалось для разработки методов 3D-печати, более прочной съемной ленты и даже покрытия для обуви. Его применение широко распространено, поскольку оно вдохновляет на новые способы ведения дел, которые приводят к созданию превосходных продуктов.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института использовали эту форму искусства для разработки типа высокопроизводительного, сверхпрочного, но очень легкого материала, известного как пластинчатая решетка, согласно пресс-релизу, опубликованному во вторник.

«Этот материал похож на стальную пробку. Она легче пробки, но обладает высокой прочностью и жесткостью», — сказал профессор Нил Гершенфельд, руководитель Центра битов и атомов (CBA) Массачусетского технологического института и старший автор новой статьи об этом подходе.

Используя модульный процесс строительства, при котором более мелкие компоненты формируются, складываются и собираются в трехмерные формы, инженеры смогли создавать пластинчатые решетки.

Это ячеистые конструкции, состоящие из трехмерных пересечений пластин, а не балок, что делает их более прочными и жесткими, чем ферменные решетки.

Однако их, как известно, сложно изготовить с использованием обычных методов, таких как 3D-печать. Вот тут-то и появилось киригами.

Этот вид искусства восходит к VII веку и до сих пор успешно используется для изготовления пластинчатых решеток из частично сложенных зигзагообразных складок. Исследователи Массачусетского технологического института еще больше усовершенствовали этот процесс, изменив распространенный узор складок оригами, известный как узор Миура-ори, так что острые точки гофрированной структуры преобразуются в грани. Фасеты служат плоскими поверхностями, к которым можно прикрепить пластины без использования болтов или заклепок. Это позволяет создавать сэндвич-структуры.

«Плитчатые решетки превосходят балочные решетки по прочности и жесткости, сохраняя при этом тот же вес и внутреннюю структуру», — сказал Парра Рубио, научный сотрудник CBA.

«Достижение верхней границы теоретической жесткости и прочности HS было продемонстрировано посредством наномасштабного производства с использованием двухфотонной литографии. Конструкция пластинчатых решеток была настолько сложной, что исследований в макромасштабе проводилось мало. Мы считаем, что складывание — это путь к более легкому использованию пластинчатой ​​конструкции такого типа, изготовленной из металла».

Новый процесс также позволяет инженерам контролировать жесткость, прочность и модуль изгиба нового материала, кодируя эти данные в карту складок, которая используется для создания гофров киригами.

Исследователи даже придумали модульный процесс сборки, удобный для более крупных конструкций, с использованием уникального станка под названием режущий стол Zund.

«Чтобы создавать такие вещи, как автомобили и самолеты, огромные инвестиции вкладываются в инструменты. Этот производственный процесс происходит без инструментов, как, например, 3D-печать. Но в отличие от 3D-печати наш процесс может установить предел свойств рекордного материала», — сказал Гершенфельд.

Сейчас исследователи работают над удобными для пользователя инструментами проектирования САПР, разработанными специально для этих структур, вдохновленных киригами. На данный момент команда инженеров и аспирантов использовала свой новый процесс для создания крупных произведений искусства из алюминия, которые в настоящее время выставлены в Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института.

«В конце концов, художественное произведение возможно только благодаря математическому и инженерному вкладу, который мы показываем в наших статьях. Но мы не хотим игнорировать эстетическую силу нашей работы», — сказал Рубио.

Произведения искусства имеют длину несколько метров, но на их создание ушло всего несколько часов благодаря эффективности новой системы.