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Materiali stampati in 3D più resistenti e leggeri grazie ad un reticolo con orientamenti multipli

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Un recente articolo, pubblicato sulla rivista Nature, presenta nuovi materiali artificiali, più resistenti e leggeri, realizzati grazie a reticoli di stampa 3D con molteplici orientamenti. I nuovi design del reticolo si basano sul principio alla base delle forti leghe metalliche.

La struttura reticolare di una stampa 3D

Con una stampante 3D i materiali progettati possono essere prodotti con una struttura reticolare di nodi ripetuti e montanti di collegamento. Questa può renderli sia leggeri che resistenti. Quando questi materiali cedono, tuttavia, lo fanno in modo catastrofico, limitando così il loro uso pratico.

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Questo cedimento è dovuto al modo stesso con cui questi materiali sono strutturati: un reticolo con un unico orientamento generale. Lo stesso fenomeno si verifica in cristalli metallici singoli, che sono strutturati in modo simile e si deformano attraverso scivolamenti interni lungo piani specifici. Tuttavia, nei materiali policristallini, che contengono granuli cristallini con diversi orientamenti, i confini tra i grani aiutano a impedire la propagazione di scivolamenti e incrinature. Ciò aumenta la capacità di questi materiali di resistere alla deformazione.

L’emulazione di materiali policristallini

In questo nuovo studio, Minh-Son Pham e colleghi emulano materiali policristallini al fine di progettare nuovi metamateriali a reticolo con strutture granulari. Così facendo danno diversi orientamenti alle regioni del reticolo interno.

Gli autori hanno così scoperto che, quando deformato, il metamateriale granulare – che essi chiamano “meta-cristallo” – è molto più forte e più tollerante ai danni rispetto ai metamateriali convenzionali. Come con i materiali policristallini, la resistenza dei meta-cristalli può essere aumentata riducendo le dimensioni di ciascuna regione del reticolo a grana grossa.

Gli autori hanno creato anche specifici meta-cristalli strutturati per ruotare in una diversa configurazione quando viene applicata la forza, imitando i simili riarrangiamenti che avvengono nei materiali cristallini. Insieme, questi risultati potrebbero portare a materiali stampati 3D più resistenti e leggeri adatti a una varietà di applicazioni.

Guarda il video sui test di resistenza dei nuovi materiali

 

 

Guarda il video sull’analisi delle deformazioni dei nuovi materiali

 

 

 

Minh-Son Pham, et al. Damage-tolerant architected materials inspired by crystal microstructure. Nature, 2019.

 

 

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