211service.com
Lätt, tuff origami keramik
Ett nytt sätt att trycka och vika keramik- och metallgitter till miniatyrstrukturer kan leda till nya lättviktskonstruktioner. Tekniken går ut på att göra gallerblad av keramiskt bläck, sedan vika och värma dessa ark för att skapa intrikata former. Metoden skulle kunna användas för att tillverka lätta delar för flygtillämpningar, komplexa ställningar för vävnadsteknik, och filter och katalysatorer för industriell kemisk produktion.
Komplexa strukturer: Den röda könen högst upp i mitten av denna bild är ett skrivhuvud som används för att göra tvådimensionella galler av keramik och metallbläck. Dessa galler kan vikas för att skapa komplexa strukturer inklusive kuber, spiraler och till och med en origami-kran.
Vi kan göra komplexa, tredimensionella former som inte kan göras på andra sätt, säger Jennifer Lewis , chef för materialforskningslaboratoriet vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Lewis utvecklade tekniken tillsammans med Illinois-forskaren Bok Ahn och David Dunand , professor i materialvetenskap vid Northwestern University. Forskarna säger att det fyller ett behov av ett sätt att tillverka komplexa strukturer på centimeters skala - för liten för konventionell gjutning eller bearbetning, och för stor för litografi eller liknande tekniker.
Lewis har tidigare skapat nya sorters bläck och tryckmetoder för att göra tvådimensionella strukturer. Hennes tillvägagångssätt gick ut på att klämma ut bläck som innehöll keramik- eller metallpartiklar ur ett skrivhuvud, på samma sätt som tandkrämen skulle pressas ur en tub. Med dessa bläck kunde Lewis göra gallermönster, ett lager i taget. Gallren kan sedan värmas för att smälta samman partiklarna och ta bort bläcklösningsmedlen.
Lewis grupp vände sig till origamivikning när en medarbetare bad henne att göra koncentriska cylindrar av titan för användning i vävnadsteknik, som implantat för att uppmuntra bentillväxt. Ahn insåg att en sådan struktur kunde göras genom att rulla ihop ett tryckt galler innan det värmde upp det, och gruppen mixtrade med formuleringen av bläcken för att bättre passa processen. Materialet är tillräckligt elastiskt för att vikas, men tillräckligt robust för att inte sjunka eller spricka innan det stelnat.
Samma teknik har nu använts för att göra komplexa strukturer som inkluderar en origami-kran som kräver 16 vikningssteg. Kranen har ingen praktisk tillämpning, men visar fördelarna med denna teknik, säger forskarna.
Print-and-fold-tekniken gör att du kan skapa den form du vill, men med vikten borttagen, säger Bob Peterson, senior forskare vid Aerojet , ett flygbolag med huvudkontor i Sacramento, CA, som inte är anslutet till Illinois-gruppen.
Peterson säger att tekniken kan användas för att till exempel göra lättare titanförstärkningsstag för raketvingar, och han uppskattar att Illinois-gruppens tillverkningsteknik kan minska vikten av dessa speciella delar från cirka 1,5 pund till ett kvarts pund. Istället för att göra en solid titankub, till exempel, kunde forskarna bygga en ihålig kub med mycket mindre material. De vikta metall- och keramiska strukturerna ska också kunna motstå extrema temperaturer och tunga belastningar, vilket är viktigt för flyg- och industritillämpningar.
Illinois-forskarna arbetar med ett bredare utbud av material och testar de mekaniska egenskaperna hos de strukturer de redan har gjort. Titanstrukturerna, säger Dunand, är starka och brottbeständiga. Han tillägger att tillvägagångssättet bör vara kompatibelt med en rad olika material förutom titan, inklusive stål och andra metaller, många keramer, och de föreningar som används för att göra zeoliter, som vanligtvis används för filtrering och katalys.