Insinyur Glasgow Mengembangkan Komposit 3D-Printed Ringan dan Tahan Tumpukan untuk Otomotif dan Penerbangan
Insinyur Universitas Glasgow telah menciptakan komposit cetak 3D yang menggabungkan resin poliolefin dengan nanotube karbon multi-dinding, menghasilkan bahan yang lebih ringan dan lebih kuat dari aluminium konvensional. Dalam makalah terbaru mereka, "Impact Behaviour of Nanoengineered, 3D-Printed Plate-Lattices," yang diterbitkan di *Materials & Design*, tim membahas metamaterial plate-lattice baru yang menunjukkan ketahanan tumpukan eksepsional.
Metamaterial adalah padatan seluler yang dirancang untuk menunjukkan properti yang tidak ada di alam. Plate-lattices, subset dari ini, adalah kerangka kubik dari plat yang berpotongan yang mencapai kekakuan dan kekuatan yang luar biasa sambil mempertahankan porositas tinggi, yang sebaliknya menjaga agar tetap ringan.
Tim mengeksplorasi apakah geometri plate-lattice yang dibuat dari komposit plastik-nanotube baru mereka dapat melampaui bahan yang ada dalam kekakuan, kekuatan, dan ketangguhan. Menggunakan filamen komposit sebagai bahan baku cetak 3D, mereka mencetak beberapa konfigurasi lattice dan menempatkan setiap satu pada tes tumpukan jatuh—melepaskan beban 16,7 kg dari berbagai ketinggian—untuk menilai ketahanan getaran.
Awalnya, peneliti membuat tiga varian plate-lattice kanonik: unit kubik dasar yang terdiri dari tiga plat yang berpotongan; kubik yang lebih rumit dengan interseksi plat tambahan; dan desain multifaset. Setiap varian diproduksi dalam dua seri materi—polipropilena (PP) dan polietilena (PE).
Selanjutnya, mereka mengevaluasi tiga plate-lattice hibrida yang menggabungkan atribut dari desain awal: hibrida kubik sederhana/kubik kompleks, hibrida kubik sederhana/multifaset, dan hibrida komposit yang mengintegrasikan ketiga elemen. Hibrid ini juga dibuat dari PP dan PE.
Hibrida gabungan menunjukkan penyerapan tumpukan tertinggi, terutama varian PP. Saat dievaluasi oleh penyerapan energi spesifik—metrik energi yang diserap per satuan massa—hibrid PP mempertahankan 19,9 J g⁻¹, melampaui metamaterial mikroarsitektur berbasis aluminium yang serupa.
Dr Shanmugam Kumar, Kepala Grup Komposit dan Manufaktur Additif di James Watt School of Engineering Universitas Glasgow, memimpin studi. Proyek juga melibatkan insinyur mekanik dan kimia dari Khalifa University di Abu Dhabi dan Texas A&M University di College Station, AS.
Kumar menjelaskan, "Penelitian ini berada di persimpangan mekanika dan ilmu bahan. Dengan menyeimbangkan filamen bahan baku nano-akut kami dengan desain lattice hibrida yang canggih, kami telah mencapai kekakuan, kekuatan, dan performa penyerapan energi yang belum pernah ada. Kemajuan dalam cetak 3D sekarang memungkinkan pembuatan yang hemat biaya dari geometri pori yang rumit ini, membawa produksi skala industri menjadi tercapai."
Kumar menyoroti manufaktur otomotif sebagai kasus penggunaan kunci, mencatat bahwa persegian tak terhentikan untuk tubuh kendaraan yang lebih ringan membutuhkan bahan yang tidak mengorbankan keselamatan tabrakan. "Sementara aluminium banyak digunakan, plate-lattice kami memberikan ketahanan tumpukan yang superior, menjadikannya calon yang menjanjikan untuk struktur otomotif di masa depan. Selain itu, daur ulabilitas plastik yang terlibat selaras dengan pergulatan global menuju net-zero dan ekonomi sirkular," katanya menambahkan.
