Görünüşe göre Avustralya’daki RMIT Üniversitesi’nden bir ekip, ağırlık bazında dayanıklılık seviyesi anlamında doğadaki ve imalat dünyasının büyük bir kısmındaki örneklerden çok daha üstün olan yeni bir 3D baskılı “meta malzeme” geliştirdi. Bu yeni malzemenin tıbbi implantlardan uçaklara ve roketlere kadar her şey için önemli etkileri olabilir.
Doğada görülmeyen elektromanyetik özellikler sergileyen yapay olarak yapılandırılmış bir malzeme olan yeni meta malzeme, yaygın bir titanyum alaşımından oluşuyor. Ancak kökeni ortak olsa da, ortaya çıkan sonuç diğerlerinden çok farklı.
Bu farkın temel sebebi ise malzemenin yapısından kaynaklanıyor. Malzeme, onu yalnızca benzersiz kılmakla kalmayıp aynı zamanda son derece güçlü kılan bir kafes tasarımına sahip. Ekibin yeni çalışmasına göre malzeme, havacılık uygulamalarında kullanılan benzer yoğunluktaki bir sonraki en güçlü alaşımdan yüzde 50 daha güçlü.
Beklentileri değiştirerek çığır açan birçok buluşta olduğu gibi, bu yeni malzemenin ilhamı da doğal dünyanın gözlemlerinden geldi. Bu durumda, Victoria nilüferleri gibi güçlü içi boş gövdeli bitkiler ve organ borulu mercan (Tubipora musica) gibi dayanıklı mercanlar, hafifliğin dayanıklılıkla nasıl birleştirileceğine dair ipuçları sundu.
Ancak bu güçlü yapıları görmekle üretmek arasında büyük bir fark var ve araştırmacılar, onlarca yıldır doğadaki örneklerde görülenlere benzer kendi içi boş “hücresel yapılarını” geliştirmeye çalıştılar. Ancak çabaları üretim ve yük stresi sorunları nedeniyle boşa çıktı ve başarısızlıklarla sonuçlandı.
Profesör Ma Qian yaptığı açıklamada “İdeal olarak, tüm karmaşık hücresel materyallerdeki stresin eşit şekilde yayılması gerekir” dedi ve devam etti: “Ancak, çoğu topoloji için, temel olarak malzemenin yarısından azının sıkıştırma yükünü taşıması ve bu sırada daha büyük malzeme hacmi yapısal olarak önemsiz olması yaygındır.”
Ancak bu durumda farkı yaratan şey, metal 3D baskının sunduğu benzeri görülmemiş yenilikçi çözümlerdi. Qian, “İçinde ince bir bant bulunan içi boş, boru şeklinde bir kafes yapısı tasarladık. Bu iki unsur birlikte, doğada daha önce hiç bir arada görülmemiş güç ve hafifliği gösteriyor” diyor ve ekliyor: “Stresi eşit şekilde dağıtmak için iki tamamlayıcı kafes yapısını etkili bir şekilde birleştirerek, stresin normalde yoğunlaştığı zayıf noktalardan kaçınıyoruz.”
Lazer toz yatağı füzyonu
Qian ve meslektaşları, bu etkileyici yeni malzemeyi yaratmak için, lazer toz yatağı füzyonu adı verilen ve yüksek güçlü lazer ışınları kullanarak metal tozu katmanlarını bir arada eriten bir teknik kullanarak tasarımlarını RMIT’in Gelişmiş Üretim Bölgesi’nde 3D olarak bastılar. Sonuç, benzer yoğunluğa sahip en güçlü alaşım olan dökme magnezyum alaşımı WE54’ten yüzde 50 daha güçlü bir titanyum kafes küpü oldu. Bu yeni yapı, kafesin zayıf noktalarında yoğunlaşan stres miktarını etkili bir şekilde yarıya indirdi.
Çift kafes tasarımlı yapı, aynı zamanda oluşabilecek çatlakları saptırarak bunların sağlamlığını azaltan etkisinden kaçınma özelliğine de sahip.
Yapı, farklı yazıcı türleri kullanılarak birkaç milimetre kadar küçük bir şeyden birkaç metre boyutundaki yapılara kadar gerektiği gibi ölçeklendirilebilir. Ayrıca bu yapının 3 boyutlu olarak basılabilir olması, biyouyumluluğu, korozyon ve ısıya dayanıklılığı, onu hemen her üretim alanlarındaki uygulamalar için potansiyel bir aday haline getiriyor.
Ekip şimdi malzemelerini geliştirmeyi ve daha yüksek sıcaklıktaki ortamlardaki uygulamalarını keşfetmeyi planlıyor. Titanyum küp, şu anda 350°C kadar yüksek sıcaklıklara dayanabiliyor ancak 600°C kadar yüksek sıcaklıklara da dayanabileceğini düşünüyorlar. Böyle bir gelişme, onu havacılık ve uzay mühendisliği ve itfaiyeci dronları için mükemmel bir malzeme haline getirecektir.
Ancak yeni malzemeyi yapmak için gereken teknoloji henüz yaygın olarak mevcut olmadığından benimsenmesi zaman alabilir.
Makale Advanced Materials dergisinde yayınlandı.