Ученые оцифровали поведение жидкости внутри 3D-печатных конструкций

Российские ученые заглянули внутрь 3D-печатных материалов в момент их разрушения и обнаружили, что вода внутри пор работает как внутренний силовой каркас. Команда из Казанского федерального университета (КФУ) совместно с коллегами из КНИТУ-КАИ провела уникальный эксперимент: они создали миниатюрные «клетки» из полимера, заключили в них каплю воды и раздавили их под рентгеновским микроскопом.

Ученые оцифровали поведение жидкости внутри 3D-печатных конструкций

Технологии аддитивной печати позволяют создавать объекты сложнейшей формы, но у медали есть обратная сторона – внутренняя структура таких деталей неоднородна. Пустоты, поры и зазоры между слоями снижают прочность, хотя и помогают облегчить конструкцию. Исследователи решили проверить, можно ли заставить этот недостаток работать на пользу.

Для этого они напечатали на 3D-принтере кубические ячейки размером 20 мм со встроенной герметичной эллипсоидной полостью. Было создано два набора образцов: в одном поры были заполнены воздухом, в другом – водой с добавлением йода для лучшей видимости при сканировании. Всего испытали 7 конфигураций, где угол наклона внутренней полости варьировался от 0 до 90 градусов.

Ключевым инструментом стала установка для 4D-рентгеновской компьютерной томографии. В режиме реального времени ученые наблюдали за деформацией ячеек на четырех этапах: от покоя до упругого растяжения и финальной пластической поломки. Разрешение в 70 микрометров позволило рассмотреть мельчайшие трещины, зарождающиеся между печатными слоями.

Эффект превзошел ожидания. В образцах с воздухом межслойные пустоты схлопывались, ускоряя разрушение. Вода же, будучи несжимаемой, создавала внутреннее гидростатическое давление, которое не давало центральной поре деформироваться. Структура словно обретала невидимый скелет.

Цифры подтвердили наблюдения: наличие воды повысило модуль упругости материала на 3,6%, а предел текучести вырос почти на 5–7%. Наибольшую прибавку к прочности показали ячейки, где пора была ориентирована строго перпендикулярно или параллельно вектору сжатия.

Эксперимент проводился на полимере PLA, однако ученые убеждены, что выявленные механизмы имеют фундаментальный характер. Исследование открывает путь к созданию умных легких конструкций, чья прочность активируется внутренним флюидом, и изменит подход к проектированию имплантатов, строительных панелей и аэрокосмических деталей.

 

Читайте также

В Китае научились восстанавливать сознание пациентов с помощью ультразвука

В Китае научились восстанавливать сознание пациентов с помощью ультразвука

В Москве впервые пересадили спинной мозг от человека к человеку

В Москве впервые пересадили спинной мозг от человека к человеку

Кожура овощей и фруктов содержит больше клетчатки, чем мякоть

Кожура овощей и фруктов содержит больше клетчатки, чем мякоть

Учёные нашли в уравнениях Эйнштейна новый механизм высвобождения энергии

Учёные нашли в уравнениях Эйнштейна новый механизм высвобождения энергии

В России создали «вечные» фильтры для воды

В России создали «вечные» фильтры для воды

Чернобыльские собаки переписывают свои гены ради выживания

Чернобыльские собаки переписывают свои гены ради выживания

Почему медведь выходит к людям? Пять главных причин от специалистов

Почему медведь выходит к людям? Пять главных причин от специалистов

ИИ Claude создал 35 000 вариантов антител за месяц — некоторые могут помочь в лечении аллергии

ИИ Claude создал 35 000 вариантов антител за месяц — некоторые могут помочь в лечении аллергии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Chery Tiggo 2 провалил краш-тесты Latin NCAP, получив ноль звёзд за безопасность

Chery Tiggo 2 провалил краш-тесты Latin NCAP, получив ноль звёзд за безопасность

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

NASA потеряло связь с «Вояджером-1» перед историческим рекордом

NASA потеряло связь с «Вояджером-1» перед историческим рекордом