टाइटेनियम-आधारित मेटामेटेरियल नेक से परे ताकत को अनलॉक करता है।

अद्वितीय शक्ति और बहुमुखी प्रतिभा के साथ एक ग्राउंडब्रेकिंग टाइटेनियम मेटामेटेरियल विनिर्माण और उच्च गति विमानन में क्रांति ला सकता है।

एक हल्के, उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम सामग्री को इंजीनियर किया गया है जो मजबूत चिकित्सा उपकरणों और अभिनव वाहन और अंतरिक्ष यान डिजाइन को जन्म दे सकता है। अनुसंधान टीम ने एक सामान्य टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग किया, ti -6 al -4 v, "मेटामेटेरियल" का निर्माण करने के लिए, एक कृत्रिम सामग्री का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक शब्द जो प्रकृति में नहीं देखे गए अद्वितीय गुणों के अधिकारी हैं - मेटा का अर्थ है "" परे "ग्रीक में।

कई ऐसी जटिल और आश्चर्यजनक रूप से मजबूत संरचनाएं प्रकृति में मौजूद हैं, जैसे विक्टोरिया वाटर लिली। दक्षिण अमेरिका के मूल निवासी, यह विशाल अस्थायी पत्ती अपनी नसों की अद्वितीय जाली संरचना के कारण एक वयस्क का समर्थन करने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

मानव निर्मित सामग्रियों की संरचनाओं को इन पौधों और कोरल जैसे अन्य प्राकृतिक झरझरा सामग्रियों की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिसमें अलग -अलग लैटिस होते हैं जो सरल क्यूब्स से लेकर कॉम्प्लेक्स डोडेकहेड्रॉन तक होते हैं। इन जाली संरचनाओं में छिद्र चैनल बनाते हुए, इंटरकनेक्ट करते हैं। आरएमआईटी के शोधकर्ताओं के अनुसार, "सेलुलर" सामग्री के रूप में जाना जाता है, ये जाली सामग्री अक्सर एक शक्ति व्यापार के साथ आती हैं, यदि ठीक से डिज़ाइन नहीं किया गया है।

"हालांकि, मेटल 3 डी प्रिंटिंग एक गेम चेंजर है, जो शोधकर्ताओं को अत्यधिक नवीन प्रकाश और मजबूत सेलुलर धातुओं को डिजाइन और गढ़ने की अनुमति देता है," जॉर्डन नॉरोन्हा ने कहा, एक पीएच.डी. उम्मीदवार जिन्होंने RMIT में परियोजना पर काम किया।

सेलुलर सामग्री में, लैटिस तीन आयामों में पतली, ठोस छड़ या बीम द्वारा स्ट्रट्स नामक होते हैं। इसके बजाय खोखले स्ट्रट्स का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक कम घनत्व वाले सेलुलर सामग्री को एक ठोस धातु मिश्र धातु के रूप में मजबूत बनाने का लक्ष्य रखा, जो उच्च शक्ति वाले मैग्नीशियम मिश्र धातुओं के समान घनत्व के साथ।

मेटामेट्री को प्रिंट करना

आरएमआईटी के सेंटर फॉर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के एक प्रोफेसर मा कियान के नेतृत्व वाली शोध टीम ने टाइटेनियम मेटामेटेरियल्स को गढ़ने के लिए "लेजर पाउडर बेड फ्यूजन" नामक एक 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग किया। यह तकनीक, जो एक उच्च-शक्ति वाले लेजर बीम का उपयोग करके परत द्वारा एक सामग्री परत का निर्माण करती है, का उपयोग आमतौर पर एक मिलीमीटर से कम से कम दो मीटर तक जटिल विनिर्माण भागों को तैयार करने के लिए किया जाता है।

कियान ने अपनी टीम के दृष्टिकोण को समझाया। "सबसे पहले, पूरे जाली मेटामेटेरियल नमूने को एक डिजिटल मॉडल के रूप में डिज़ाइन किया गया है। फिर, यह मॉडल एक सॉफ्टवेयर टूल का उपयोग करके कई पतली परतों में डिजिटल रूप से कटा हुआ है।"

"इस परत-आधारित निर्माण प्रक्रिया में धातु पाउडर के लेजर पिघलने, तरल धातु का तेजी से जमने (पिघले हुए धातु पाउडर), और ठोस धातु की बार-बार हीटिंग और शीतलन प्रक्रियाओं को शामिल किया गया है," उन्होंने विस्तृत किया।

कियान का कहना है कि वर्तमान में पूरी प्रक्रिया में लगभग 18 घंटे लगते हैं, लेकिन अनुकूलन के माध्यम से, वह और उनकी टीम भविष्य में समय सीमा को छोटा करने की योजना बना रही है।

सामग्री को इतना मजबूत क्या बनाता है?

खोखले स्ट्रट्स और पतली प्लेटें दो टोपोलॉजी हैं जो मेटामेटेरियल की उच्च ताकत के लिए जिम्मेदार हैं। अधिकांश सेलुलर सामग्रियों के विपरीत, जिसमें कमजोर बिंदु होते हैं जहां तनाव केंद्रित होता है, ये दो पूरक लैटिस समर्थन प्रदान करते समय समान रूप से तनाव वितरित करते हैं।

"आदर्श रूप से, सभी सेलुलर सामग्रियों में तनाव समान रूप से फैल जाना चाहिए," कियान ने समझाया। "हालांकि, अधिकांश टोपोलॉजी के लिए, यह मुख्य रूप से संपीड़ित भार को सहन करने के लिए सामग्री के आधे से भी कम के लिए आम है, जबकि सामग्री की बड़ी मात्रा संरचनात्मक रूप से महत्वहीन है।"

उन्होंने कहा, "यह मल्टी-टोपोलॉजी डिज़ाइन क्रैक पथों के विक्षेपण को भी बढ़ावा देता है," उन्होंने कहा। "जाली के माध्यम से सीधे होने वाली दरारों के बजाय, जो कि अधिकांश सेलुलर सामग्रियों में होती है, हमारे पतले-प्लेट खोखले-स्ट्रट जाली टोपोलॉजी में, स्ट्रट्स और प्लेट्स एक लंबे रास्ते के साथ दरारों को मोड़ने के लिए एक साथ काम करते हैं।"

मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का उपयोग वर्तमान में वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनके लिए उच्च शक्ति और हल्के की आवश्यकता होती है। उपलब्ध सबसे मजबूत कास्ट मैग्नीशियम मिश्र धातु (WE54) की तुलना में, एक तुलनीय घनत्व के साथ टाइटेनियम मेटामेटेरियल का एक नमूना बहुत मजबूत है। मैग्नीशियम मिश्र भी लेजर पाउडर बेड फ्यूजन या 3 डी प्रिंटिंग के लिए पाउडर के वाष्पीकरण के कारण उत्तरदायी नहीं हैं, जिससे टाइटेनियम मिश्र धातु को एक विनिर्माण लाभ मिलता है।

अगले चरण और संभावित अनुप्रयोग

इससे पहले कि सामग्री का व्यवसायीकरण किया जाए, कियान और उनकी टीम पहले यह सुनिश्चित करना चाहती है कि सामग्री अपनी अधिकतम दक्षता पर प्रदर्शन करती है।

ऐसा करने के लिए, वे अपने टाइटेनियम मेटामेटेरियल्स को मजबूत करने और हल्का करने के लिए अपने वर्तमान डिजाइन को बेहतर बनाने की योजना बनाते हैं। उदाहरण के लिए, संख्यात्मक सिमुलेशन के आधार पर, वे पूरी संरचना में अधिक समान तनाव वितरण की अनुमति देने के लिए पतली प्लेटों के अनुपात को खोखले स्ट्रट्स के अनुपात को समायोजित करेंगे।

शोधकर्ताओं के अनुसार, यदि मेटामेटेरियल को एक उच्च तापमान टाइटेनियम मिश्र धातु से गढ़ा जाता है, तो इसका उपयोग 600 डिग्री तक के तापमान पर किया जा सकता है। यह सुविधा, इसके संक्षारण प्रतिरोध के साथ, सामग्री को उच्च गति वाले उड़ान विमान या मिसाइलों में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है, जो कि उनकी उच्च गति से उत्पन्न तीव्र गर्मी का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। टाइटेनियम ड्रोन वाइल्डफायर की बारीकी से निगरानी या लड़ने के लिए उपयोग किए जाते हैं, यह भी हल्के वजन, ताकत और मेटामेटेरियल के गर्मी प्रतिरोध से लाभान्वित होगा।

क्योंकि मेटामेटेरियल भी बायोकंपैटिबल है, इसका उपयोग चिकित्सा उपकरणों जैसे हड्डी प्रत्यारोपण में भी किया जा सकता है। हालांकि, प्रौद्योगिकी अभी तक इस स्तर पर व्यापक रूप से उपलब्ध नहीं है, इसलिए उद्योग द्वारा इसके गोद लेने में कुछ समय लग सकता है। "हमारी सबसे महत्वपूर्ण सीमा हमारी तकनीक की विशिष्टता है, और निर्माण की लागत एक और महत्वपूर्ण चिंता हो सकती है," कियान ने कहा।

उन्होंने कहा, "पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाएं इन जटिल धातु मेटामेटेरियल्स के निर्माण के लिए व्यावहारिक नहीं हैं, और हर किसी के पास अपने गोदाम में लेजर पाउडर बेड फ्यूजन मशीन नहीं है," उन्होंने कहा। "हालांकि, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी विकसित होती है, यह अधिक सुलभ हो जाएगा, एक बड़े दर्शकों को अपने घटकों में हमारे उच्च शक्ति वाले बहु-तोपोलॉजी मेटामेटेरियल्स को लागू करने में सक्षम करेगा।"