С помощью 3D-печати получен материал в 10 раз прочнее и в 20 раз менее плотный, чем сталь (+ видео)

Благодаря свободе, которую предоставляют такие методы, как 3D-печать, инженеры могут экспериментировать с совершенно новыми формами и получать все более прочные структуры.

Группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) недавно провела интересные эксперименты с графеном, который считается одним из наиболее прочных материалов в двухмерной форме. Сжав частицы графена с помощью высокой температуры и давления, ученые получили прочную стабильную конструкцию, похожую на коралл. Однако после этого исследователи поняли, что удивительную прочность этой конструкции придавала сама ее геометрическая структура, а не особые свойства материала. Тогда они воспроизвели такую же конструкцию из более дешевых материалов, например, пластика – ученые смогли добиться такой же прочности при очень маленьком бюджете.

Исследователи из MIT сделали вывод, что особые конструкции из графена имеют характеристики, похожие на бумагу – в обычном состоянии ее можно легко смять, но при складывании ее прочность значительно увеличивается. Придя к такому выводу, ученые решили узнать, насколько прочный материал можно изготовить по этой технологии. Достигнув предела с графеном, исследователи обнаружили, что плотность полученного материала составляет 5% от плотности стали, а прочность – в 10 раз выше. Затем им удалось частично воссоздать конструкцию с помощью 3D-принтера. Сначала ученые рассчитывали создать конструкцию легче воздуха, чтобы использовать ее вместо гелия в воздушных шарах для максимальной прочности – однако испытания показали, что такая конструкция разрушится под воздействием давления окружающего воздуха.

Один из важнейших выводов ученых – что конструкции с подобными свойствами можно создать не только из графена, но и из других материалов, таких как полимеры или металлы. Под воздействием высокой температуры и давления графен образует круглые геометрические формы со множеством отверстий. Их чрезвычайно сложно воспроизвести синтетически, но команда использовала для испытаний напечатанные на 3D-принтере модели, увеличенные в тысячи раз. Модели не могли сравниться по прочности со сжатым графеном, но ученые смогли применить их в качестве каркаса, покрыть его графеном, подвергнуть воздействию тепла и давления, а затем удалить полимер или металл.

Результаты исследования ученых MIT могут оказаться полезными во многих отраслях. В частности, бетонные конструкции, такие как мосты, могут возводиться с использованием пористой структуры, похожей на графен. Крошечные отверстия могут использоваться также в системах фильтрации, для обработки воды или химических веществ.