Il materiale più rigido possibile è stampato in 3D dall’ETH di Zurigo
In uno sforzo collaborativo tra ricercatori dell’ETH di Zurigo e del MIT , un materiale è stato stampato in 3D con una rigidità che si avvicina notevolmente al limite massimo teorico di un rapporto rigidità / peso possibile secondo le leggi della fisica. Il formato più rigido di ogni dato materiale è uno che è completamente solido, ma è anche il formato più pesante di quel materiale, che è spesso troppo pesante per l’applicazione prevista (oltre che dispendiosa). Prendi gli aerei: i loro telai devono essere rigidi in modo che gli aerei non si sbricioli alla minima turbolenza, ma costruire i loro telai in acciaio solido li renderebbe troppo pesanti per essere dispersi nell’aria.
Invece, gli ingegneri usano la geometria per estrarre la massima rigidità dalla minima quantità di materiale; archi, tralicci e guaine sono tutti metodi di costruzione che sistemano i materiali nella loro geometria più rigida, al fine di ridurre al minimo l’utilizzo del materiale e il volume mantenendo una rigidità sufficiente per l’attività specifica.
Ma Dirk Mohr, professore di modellizzazione computazionale dei materiali nella produzione del Politecnico federale di Zurigo, sapeva che erano disponibili geometrie più forti, spiegando: “Il principio del traliccio è molto antico, è stato a lungo utilizzato per case a graticcio, ponti in acciaio e torri di acciaio, come la Torre Eiffel, possiamo vedere attraverso reticoli reticolari, quindi sono spesso percepiti come strutture leggere ideali.Tuttavia, utilizzando i calcoli del computer, la teoria e le misurazioni sperimentali, abbiamo ora stabilito una nuova famiglia di strutture reticolo-piastra che sono fino a tre volte più rigido dei reticoli a traliccio dello stesso peso e volume. “
Il reticolo della placca non è solo il record di rottura con la sua rigidità, una misura della resistenza alla deformazione elastica, ma anche la resistenza, che è la resistenza alla deformazione irreversibile. E a differenza della maggior parte dei metodi di costruzione, la rigidità e la forza sono uguali in tutte e tre le dimensioni. Questo non si può dire per la Torre Eiffel in quanto è stata progettata per resistere principalmente a una forza verso il basso, o alla gravità. Ci vorrebbe poca forza laterale per abbattere la Torre e per fortuna King Kong non esiste per testare quella teoria.
Le strutture del reticolo sono state progettate con modelli computerizzati che hanno calcolato le loro proprietà meccaniche al volo. Sono stati poi stampati in 3D a una scala micrometrica per il test. Mohr nota che i guadagni di forza si applicherebbero a tutti i materiali ea tutte le scale. “La costruzione leggera, il cui costo attuale limita il suo utilizzo pratico alla produzione di aeromobili e alle applicazioni spaziali, potrebbe quindi essere utilizzata anche per un’ampia gamma di applicazioni in cui il peso svolge un ruolo”, ha affermato.
Dai grattacieli agli impianti medicali alle parti per autoveicoli, tutti questi possono essere resi più leggeri e più resistenti con queste strutture reticolari stampate in 3D. “Quando è il momento giusto, non appena i materiali leggeri vengono fabbricati su larga scala”, afferma Mohr, “questi reticoli di lastre periodiche saranno il progetto di scelta”.