O Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, junto com parceiros de pesquisa no Laboratório Nacional de Los Alamos, estão trabalhando para mudar a forma da tecnologia de materiais com um desenvolvimento inovador que pode abrir uma nova gama de possibilidades para os militares e além.

Por meio de um esforço de pesquisa básica financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, a equipe colaborativa desenvolveu uma estrutura de espuma à base de polímero impressa em 3-D que responde à força de uma onda de choque para atuar como um interruptor unilateral, um objetivo há muito procurado na pesquisa de choque.

De acordo com o engenheiro sênior de pesquisa de materiais do AFRL, Dr. Jonathan Spowart, esta nova configuração de material, embora nos primeiros estágios de desenvolvimento, tem o potencial de ser ampliado para ser usado de maneiras diferentes para uma variedade de aplicações, inclusive para a proteção de estruturas.

Spowart descreve o material como uma estrutura semelhante a uma espuma que contém uma série de pequenos orifícios especificamente projetados que determinam as características gerais de comportamento. Por um período de meses, Os especialistas do AFRL usaram modelagem por computador para executar testes para determinar as geometrias de furo mais eficazes para alcançar a resposta de material desejada. Quando chegassem a uma configuração promissora, Spowart disse que a equipe iria imprimir um pequeno artigo de teste, uma placa plana não muito maior do que uma borracha de lápis. Com a ajuda do Laboratório Nacional de Los Alamos, trabalhando no local nas instalações do usuário do Setor de Compressão Dinâmica no Laboratório Nacional de Argonne, eles então conduziriam testes e obteriam imagens da amostra usando raios-X para determinar o desempenho.

De lá, a equipe do AFRL revisaria os resultados e ajustaria a configuração do material para refinar ainda mais o produto por meio de modelagem e testes adicionais. Spowart descreveu o produto final como contendo uma série de cones ocos. Quando esses cones encontram uma onda de choque, eles entram em colapso para dentro, formando projeções de jato que se projetam do lado oposto. Esses jatos localizam a energia da onda de choque, que é a origem do comportamento direcional único do material.

Spowart diz que esse esforço representa um avanço significativo na engenharia de materiais. Ele atribui esse sucesso à colaboração, comunicação, e experiência das equipes do AFRL, Los Alamos, e Argonne National Laboratory, bem como o financiamento de pesquisa básica do AFOSR.

“A tecnologia de materiais veio do AFRL, " ele disse, creditar a experiência em modelagem e materiais da equipe do projeto. "As instalações de teste e a metodologia de teste vieram de Los Alamos. Então, quando você junta as duas coisas, você tem uma equipe muito boa. "

Ele acrescenta que o notável teste de imagem fornecido pelo Argonne National Laboratory foi crucial para provar o conceito. Ele explicou que o síncrotron da Fonte Avançada de Fótons do laboratório é uma peça única de equipamento que dispara um feixe de raios-X muito poderoso e concentrado no artigo de teste, permitindo a imagem quadro a quadro de uma onda de choque penetrando no espécime, tudo isso ocorre em alguns nanossegundos.

"Este novo recurso de imagem, junto com a nova tecnologia de fabricação e simulações de computador, permitiu que a equipe obtivesse imagens e avaliasse conceitos de maneiras que estavam muito além do alcance apenas alguns anos atrás, "disse o engenheiro mecânico sênior da AFRL e membro da equipe, Dr. Christopher Neel.

"O Setor de Compressão Dinâmica é uma instalação única que permite imagens in situ de eventos dinâmicos, fornecendo informações sem precedentes sobre os efeitos microestruturais no comportamento dinâmico, "acrescentou a cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos, Brittany Branch, quem conduziu os experimentos dinâmicos. "Os diagnósticos tradicionais de compressão de choque não elucidariam os fenômenos de localização que estão ocorrendo durante a compressão de choque. Veríamos uma diferença na velocidade de choque com as técnicas tradicionais, mas não entendo o porquê. Esses experimentos foram muito emocionantes, já que demonstramos um diodo de choque pela primeira vez. "

Spowart disse que a equipe planeja publicar suas descobertas e trabalhar para fazer a transição da tecnologia para um maior amadurecimento e integração em sistemas existentes, onde ele acredita que essa tecnologia tem um potencial tremendo. "Estamos muito entusiasmados com este esforço e com o trabalho em equipe que o tornou possível. Este é um ótimo exemplo do que a pesquisa básica pode fazer para fortalecer nossas capacidades."