La pelle di serpente stampata in 3D mostra il potenziale per l’uso industriale nella trazione meccanica

In ” Exploring Convergence of Snake-Skin-Inspired Texture Designs and Additive Manufacturing for Traction “, i ricercatori statunitensi delineano le loro scoperte in uno studio in cui hanno fatto una scelta interessante per sperimentare materiali di stampa 3D. Studiando le squame di pelle di serpente delle specie Python regius , gli autori hanno tradotto i modelli di scala esagonale in tecnica di fusione laser a polvere di letto (L-PBF) su acciaio inossidabile 420.

Come sottolineano i ricercatori, la natura offre un “vasto database di progetti robusti” per consentire agli scienziati di lavorare nella creazione di molte forme e strutture diverse. Prendendo ispirazione dall’evoluzione, oggi possiamo raccogliere dettagli da piante e animali sopravvissuti grazie alla forza e alla resistenza.

“I rettili come i serpenti sono di particolare interesse per lo studio della locomozione efficiente, poiché navigano efficacemente in ambienti difficili senza gambe, braccia, orecchie o altre appendici”, affermano i ricercatori. “L’efficace locomozione dei serpenti su più terreni è attribuita alla disposizione gerarchica unica delle caratteristiche sulle loro scale.”

Tradurre tali trame in acciaio è uno sforzo ambizioso, ma il team ha perseverato nello studio del movimento dei serpenti più grandi e in quello che alla fine diventa un modello “a passeggio” poiché la loro pelle “gestisce l’attrito” per prestazioni elevate nella trazione meccanica.

“Poiché le squame ventrali di un serpente sono in costante contatto con le superfici e vengono utilizzate nella manipolazione della locomozione, si è deciso di studiare e stampare in 3D le trame della scala ventrale”, hanno affermato i ricercatori.

Per coloro che non hanno familiarità con i serpenti, può essere sorprendente scoprire che ognuno di essi ha un ‘profilo’ e una disposizione dei modelli diversi, lasciando ai ricercatori di esaminare molte diverse forme, modelli, distribuzioni e posizionamento delle fibrille . I ricercatori hanno anche scoperto che le trame direzionali in microscala che erano in grado di produrre con la stampa L-PBF esibivano una somiglianza “intrinseca” alla pelle di serpente, offrendo promesse in merito ad applicazioni come i sistemi meccanici, e in particolare quelle che richiedono trazione meccanica. Il design era composto da cinque esagoni situati centralmente e quindi quattro esagoni più piccoli su ciascun lato.

Per questo studio, il team era interessato a valutare la fattibilità della stampa 3D per realizzare i progetti, confrontando la rugosità della superficie e la qualità delle prestazioni di attrito. Non è stata inclusa la post-elaborazione per le stampe 3D, il che significa che la micro-trama è stata creata durante il movimento di fabbricazione. Il team di ricerca ha trovato questa scoperta “degna di nota e distintiva” poiché è desiderabile tale rugosità superficiale.

“Il comportamento anisotropico di attrito delle superfici in acciaio inossidabile stampato in 3D ha dimostrato la chiara capacità della trama stampata di manipolare la trazione fisica attraverso la gestione del coefficiente di attrito rispetto all’orientamento del movimento relativo”, concludono i ricercatori. “Ulteriore ottimizzazione delle variabili di controllo del processo (per controllare i parametri di rugosità della superficie sopra discussi) insieme a test di attrito per più modelli di trama saranno al centro della ricerca futura.”

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