خلاصه
- شبکهٔ دوقلوی سهگانه: سه صفحهٔ تقارن آینهای باعث میشود میلهها بهجای خمشدن، کشیده شوند و سختی سازه افزایش یابد.
- با مصرف همان مقدار ماده، تا ۳۸۰ درصد سختتر و ۲۷۹ درصد مقاومتر از شبکههای مکعبی است.
- به ریزنقصها حساسیت کمتری دارد؛ تغییر جهت چاپ میتواند خرابیهای ناشی از نقص را تا نصف کاهش دهد.
گروهی از پژوهشگران کالج دانشگاهی لندن (UCL) سازهٔ تازهای برای چاپ سهبعدی ساختهاند که «شبکهٔ دوقلوی سهگانه» نام دارد و در مقایسه با طرحهای مکعبی معمولی، تا ۳۸۰ درصد سختتر و ۲۷۹ درصد مقاومتر است. بهترین بخش ماجرا این است که همین سازه با همان مقدار ماده ساخته میشود!
این دستاورد میتواند برای بسیاری از قطعات و کاربردهای چاپ سهبعدی پیامدهای مهمی داشته باشد؛ بهویژه در مواردی که سختی و استحکامِ بالا در کنار وزن کم اهمیت دارد. با این همه، فراگیرشدن آن به آزمودن و تأیید عملکردش در مواد، روشهای چاپ، اندازههای قطعه و استانداردهای کاربردی گوناگون بستگی دارد.
شبکهٔ «دوقلوی سهگانه» چیست؟
این فناوری شاید یکی از بزرگترین مشکلات چاپگرهای سهبعدی را حل کند
این شکل تازهٔ شبکه اندکی به دانهٔ برف یا نقشهای کالیدوسکوپ میماند و به شیوهای مشابه عمل میکند. شبکهٔ دوقلوی سهگانه سه صفحهٔ تقارن آینهای دارد که مسیر عبور نیرو از سازه را تغییر میدهند. این پژوهش که در نشریهٔ «مواد پیشرفته» منتشر شده، ساختارهای بلوری میکروسکوپی را به شبکههای مهندسی در مقیاس بزرگ منتقل میکند تا شیوهٔ تحمل بار دگرگون شود.
در حوزههایی مانند مهندسی نوین، همواره باید میان وزن و یکپارچگی سازه تعادل برقرار کرد. قطعاتی که از فلز یا پلاستیک توپر ساخته میشوند، معمولاً بیش از اندازه سنگین و ناکارآمدند. شبکههای استاندارد نیز زیر بار تمایل به خمشدن دارند؛ رفتاری که نه پایدار است و نه از دید مکانیکی بهینه.
برای حل این مسئله، گروه UCL به سرپرستی پژوهشگر دیوید مکآرتور و با نظارت دکتر چو لون الکس لئونگ، مفهومی به نام «دوقلویی بلوری» را به کار گرفت؛ پدیدهای که در آن ساختارهای بلوری نسبت به صفحههای مشخصی بهطور متقارن آینه میشوند. با افزودن سه صفحهٔ تقارن به هر واحد شبکهٔ مکعبی، این هندسه باعث میشود میلهها هنگام فشردهشدن بهجای خمشدن، کشیده شوند. از آنجا که کشش بار را بهطور کارآمد منتقل میکند، سازهٔ نهایی بدون افزودن حتی ذرهای مادهٔ بیشتر، نزدیک به سه برابر مقاومتر و تا ۳٫۸ برابر سختتر از یک شبکهٔ معمولی است.
تصویربرداریها همچنین نشان دادند که ریزنقصهایی مانند حفرههای کوچک یا سطحهای ناهموار اغلب به شکست منجر میشوند، اما عملکرد کلی شبکهٔ دوقلو نسبت به این نقصها حساسیت کمتری دارد. در پایان، گروه پژوهشی دریافت که تنها با تغییر جهت قرارگیری قطعه هنگام چاپ سهبعدی میتوان خرابیهای مرتبط با نقص را تا نصف کاهش داد.
برای آنکه این طرح تازهٔ شبکه در آینده فراگیر شود، ابتدا باید چند گام برداشته شود. نرمافزارهای چاپ سهبعدی و ابزارهای طراحی باید این شکلهای جدید را پشتیبانی کنند تا مردم بتوانند واقعاً از آنها استفاده کنند. تولیدکنندگان نیز باید مطمئن شوند که طرح با مواد گوناگون، از جمله فلزها، پلاستیکها و مواد ایمن برای بدن انسان، سازگار است. افزون بر این، به مقررات و آزمونهای رسمی نیاز است تا مهندسان از ایمنی و قابلیت اعتماد این طرح در محصولات واقعی مطمئن شوند. پس از انجام این مراحل، این فناوری تازه میتواند از یک آزمایش صرفاً آزمایشگاهی به ابزاری کاربردی در دنیای واقعی تبدیل شود.
منبع: این مطلب ترجمه و بومیسازی مقالهای از MakeUseOf به قلم Sara Heritage است. مشاهده مقاله اصلی