Bentuk Baru Bahan Cetak 3D yang Ditujukan untuk Desain Mobil yang Lebih Ringan, Lebih Aman, dan Lainnya
Sebuah bentuk baru dari bahan komposit cetak 3D yang dibuat dengan menggabungkan resin poliolefin dengan nanotube karbon multiwall dikembangkan oleh tim peneliti yang dipimpin oleh insinyur Universitas Glasgow yang lebih keras dan lebih ringan daripada bentuk serupa dari aluminium. Tim mengantisipasi bahwa ini dapat mengarah pada pengembangan struktur yang lebih aman, lebih ringan, dan lebih tahan lama untuk digunakan dalam industri otomotif, kedirgantaraan, energi terbarukan, dan kelautan. Dalam makalah baru, Perilaku Dampak dari Nanoengineered, 3D Printed Plate-Lattices, diterbitkan dalam jurnal Materials &Design , tim menjelaskan bagaimana mereka telah mengembangkan 'metamaterial' seluler pelat-kisi baru yang mampu memberikan ketahanan yang mengesankan terhadap benturan.
Metamaterial adalah kelas padatan seluler yang dibuat secara artifisial, dirancang dan direkayasa untuk mewujudkan sifat yang tidak terjadi di alam. Salah satu bentuk metamaterial, yang dikenal sebagai pelat-kisi, adalah struktur kubik yang terbuat dari lapisan berpotongan pelat yang menunjukkan kekakuan dan kekuatan yang luar biasa tinggi, meskipun menampilkan sejumlah besar ruang di antara pelat. Ruang-ruang itu, yang disebut oleh para insinyur properti sebagai porositas, juga membuat kisi-kisi pelat menjadi sangat ringan.
Para peneliti berangkat untuk menyelidiki apakah bentuk-bentuk baru dari desain pelat-kisi, dibuat dari komposit tabung-nano plastik yang mereka kembangkan, dapat membuat metamaterial dengan sifat kekakuan, kekuatan, dan ketangguhan yang lebih maju. Mereka menggunakan komposit filamen nanoengineered mereka sebagai bahan baku dalam printer 3D yang menyatukan filamen untuk membangun serangkaian desain pelat-kisi. Desain tersebut kemudian menjalani serangkaian uji tumbukan dengan menjatuhkan massa 16,7kg dari berbagai ketinggian untuk menentukan kemampuannya menahan guncangan fisik.
Pertama, tim menguji tiga jenis kisi-kisi pelat khas yang mereka rancang dan bangun:kubus sederhana yang terbentuk dari perpotongan tiga pelat; kubus yang lebih kompleks dengan pelat berpotongan tambahan; dan, desain yang lebih beragam. Kisi-kisi pelat yang khas itu dibuat dalam dua kelompok - satu dari polipropilen dan satu lagi dari polietilen.
Kemudian, mereka menguji tiga lagi kisi-kisi pelat 'hibrida' yang menggabungkan fitur-fitur dari desain yang lebih sederhana dalam percobaan pertama:kubus/kubus kompleks hibrid sederhana; hibrida kubus/multifaset sederhana; dan, satu yang menggabungkan ketiganya. Sekali lagi, batch yang terbuat dari PP dan PE dibuat.
Desain hybrid yang menggabungkan elemen dari ketiga desain pelat-kisi yang khas terbukti menjadi mos t efektif dalam menyerap benturan, dengan versi PP menunjukkan ketahanan benturan terbesar. Menggunakan ukuran yang dikenal sebagai penyerapan energi spesifik, yang digunakan para ilmuwan untuk menentukan kemampuan material untuk menyerap energi relatif terhadap massanya, tim menemukan bahwa kisi-kisi hibrida PP dapat menahan 19,9 joule per gram—dilaporkan, kinerja yang lebih unggul daripada yang serupa. metamaterial berarsitektur mikro yang dirancang berdasarkan aluminium.
Dr Shanmugam Kumar, Pemimpin dalam Manufaktur Komposit dan Aditif di Sekolah Teknik James Watt Universitas Glasgow, memimpin proyek penelitian. Tim peneliti juga melibatkan insinyur mekanik dan kimia dari Universitas Khalifa di Abu Dhabi dan Universitas A&M Texas di College Station di AS.
Kata Kumar, “Pekerjaan ini berada tepat di persimpangan mekanika dan material. Keseimbangan antara filamen rekayasa struktur nano karbon yang kami kembangkan sebagai bahan baku untuk pencetakan 3D, dan desain kisi-kisi komposit komposit yang kami buat, telah menghasilkan hasil yang sangat menarik. Dalam mengejar rekayasa ringan, ada perburuan konstan untuk bahan ultra-ringan yang menampilkan kinerja tinggi. Kisi-pelat hibrid nanoengineered kami mencapai sifat kekakuan dan kekuatan yang luar biasa dan menunjukkan karakteristik penyerapan energi yang unggul dibandingkan kisi-kisi serupa yang dibuat dengan aluminium. Kemajuan dalam pencetakan 3D membuatnya lebih mudah dan lebih murah dari sebelumnya untuk membuat jenis geometri yang rumit dengan porositas yang disesuaikan yang mendukung desain pelat-kisi kami. Pembuatan desain semacam ini pada skala industri menjadi kemungkinan yang nyata.”
Menurut Kumar dan tim, aplikasi utama untuk jenis baru dari pelat-kisi ini bisa jadi di manufaktur otomotif, di mana ada upaya terus-menerus untuk membuat bodi yang lebih ringan tanpa mengorbankan keselamatan saat terjadi tabrakan. “Aluminium digunakan dalam banyak desain mobil modern, tetapi kisi-kisi pelat kami menawarkan ketahanan benturan yang lebih besar, yang dapat membuatnya berguna dalam aplikasi semacam itu di masa depan…Kemampuan daur ulang plastik yang kami gunakan dalam kisi-kisi ini juga membuat mereka menarik saat kita bergerak menuju dunia net-zero, di mana model ekonomi sirkular akan menjadi pusat untuk membuat planet ini lebih berkelanjutan,” kata Kumar.
