Бальзовая древесина предназначена не только для изготовления моделей и поделок, она также используется во многих отраслях промышленности, в том числе является неотъемлемой частью изготовления лопастей ветряных турбин для ветряных электростанций. Это может показаться очень низкотехнологичным материалом для такой высокотехнологичной машины, но пробковое дерево по-прежнему остается самым прочным легким материалом, доступным в настоящее время.
Однако исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) и Института Висса создали легкий, но чрезвычайно жесткий композитный материал, который, по их словам, может имитировать и, возможно, улучшать пробковое дерево и любые другие материалы. Доступны полимерные композиты. Они опубликовали статью с подробным описанием процесса использования смол и 3D-печати для создания материала в журнале Advanced Materials.
“Бальзовая древесина имеет ячеистую структуру, которая сводит к минимуму ее вес, поскольку большая часть пространства пуста и только стенки ячеек несут нагрузку. Поэтому он обладает высокой удельной жесткостью и прочностью», - объясняет Дженнифер А. Льюис из Harvard SEAS. «Мы позаимствовали эту концепцию дизайна и воспроизвели ее в инженерном композите.
Процесс включает создание эпоксидных смол, содержащих два типа наполнителей: «усы» карбида кремния и углеродные волокна. Используя 3D-принтер для создания структур из смолы, ученые смогли контролировать ориентацию наполнителей. Эта особая ориентация позволяет отвержденным смолам имитировать прочность на растяжение древесины. Подумайте о попытке расколоть кусок дров, это намного легче сделать, если вы будете колоть его по направлению волокон, а не против них, свойства готового полимерного материала работают точно так же.
Новый материал для 3D-печати, как сообщается, в 10-20 раз прочнее, чем любые доступные коммерческие полимеры для 3D-принтеров, и в два раза прочнее, чем любые полимерные композиты для 3D-принтеров. Этот новый легкий материал также может найти применение в автомобильной промышленности, где максимальная эффективность использования топлива зависит от снижения веса транспортных средств. Новый материал все еще изучается, и исследователи обещают, что по мере разработки более совершенных способов управления выравниванием наполнителя они смогут оптимизировать конструкцию компонентов и повысить эффективность и прочность материала.