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

Найден опасный порог плотности кости для операций на позвоночнике

Найден опасный порог плотности кости для операций на позвоночнике

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Ученые удалили ядовитый сероводород из нефти звуком и вакуумом

Ученые удалили ядовитый сероводород из нефти звуком и вакуумом

ИИ-калькулятор снизит стоимость проектирования фибробетона на 30%

ИИ-калькулятор снизит стоимость проектирования фибробетона на 30%

Ученые использовали ИИ для создания несмываемых цветных изображений на металле

Ученые использовали ИИ для создания несмываемых цветных изображений на металле

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы