p Uma nova forma de material impresso em 3-D feita pela combinação de plásticos comumente usados ​​com nanotubos de carbono é mais resistente e mais leve do que formas semelhantes de alumínio, cientistas dizem. p O material pode levar ao desenvolvimento de formas mais seguras, estruturas mais leves e duráveis ​​para uso na indústria aeroespacial, automotivo, renováveis ​​e indústrias marítimas.

p Em um novo artigo publicado na revista Materiais e Design , uma equipe liderada por engenheiros da Universidade de Glasgow descreve como eles desenvolveram um novo metamaterial celular de rede de placas capaz de oferecer resistência impressionante a impactos.

p Metamateriais são uma classe de sólidos celulares criados artificialmente, projetado e projetado para manifestar propriedades que não ocorrem no mundo natural.

p Uma forma de metamateriais, conhecidos como placas de rede, são estruturas cúbicas feitas de camadas de placas que se cruzam e exibem rigidez e resistência excepcionalmente altas, apesar de apresentar uma quantidade significativa de espaço entre as placas. Esses espaços, que são os engenheiros de propriedade chamam de porosidade, também torna as grades de placa excepcionalmente leves.

p Os pesquisadores começaram a investigar se novas formas de design de placa-rede, fabricado a partir de um composto de nanotubo de plástico que desenvolveram, poderia fazer um metamaterial com propriedades ainda mais avançadas de rigidez, força e resistência.

p Seu composto usa misturas de polipropileno e polietileno - de baixo custo, plásticos reutilizáveis, amplamente usados ​​em itens do dia a dia, como sacolas e garrafas de plástico - e nanotubos de carbono com várias paredes, minúsculos filamentos construídos a partir de átomos de carbono.

p Eles usaram seu composto de filamento nanoengenharia como matéria-prima em uma impressora 3-D que fundiu os filamentos para construir uma série de designs de placa-rede. Esses projetos foram então submetidos a uma série de testes de impacto, derrubando uma massa de 16,7 kg de uma variedade de alturas para determinar sua capacidade de resistir a choques físicos.

p Primeiro, a equipe testou três tipos de placas reticuladas típicas que eles projetaram e construíram - um cubo simples formado a partir da interseção de três placas, um cubo mais complexo com placas adicionais que se cruzam, e um design mais multifacetado. Essas placas de rede típicas eram feitas em dois lotes - um de polipropileno e outro de polietileno.

p Então, eles testaram mais três placas de rede 'híbridas' que incorporaram recursos dos projetos mais simples nos primeiros experimentos - um cubo simples / híbrido de cubo complexo, um híbrido cubo / multifacetado simples e um que amalgamava os três. Novamente, lotes de polipropileno e polietileno foram feitos.

p O design híbrido que amalgamava elementos de todos os três designs típicos de placa-rede provou ser o mais eficaz na absorção de impactos, com a versão em polipropileno apresentando maior resistência ao impacto. Usando uma medida conhecida como absorção de energia específica, que os cientistas usam para determinar a capacidade de um material de absorver energia em relação à sua massa, a equipe descobriu que a estrutura de placa híbrida de polipropileno poderia suportar 19,9 joules por grama - um desempenho superior em relação a metamateriais microarquitetados com design semelhante baseados em alumínio.

p Dr. Shanmugam Kumar, Leitor em Compósitos e Fabricação de Aditivos na Escola de Engenharia James Watt, liderou o projeto de pesquisa. A equipe de pesquisa também envolveu engenheiros mecânicos e químicos da Khalifa University em Abu Dhabi e da Texas A&M University em College Station nos EUA.

p O Dr. Kumar disse:"Este trabalho se situa na interseção da mecânica e dos materiais. O equilíbrio entre os filamentos de engenharia nanoestruturados de carbono que desenvolvemos como matéria-prima para a impressão 3-D, e os designs de estrutura de placa composta híbrida que criamos, produziu um resultado realmente emocionante. Na busca por engenharia leve, há uma busca constante por materiais ultraleves de alto desempenho. Nossas placas-reticulares híbridas nanoengenharia alcançam propriedades extraordinárias de rigidez e resistência e exibem características de absorção de energia superiores em relação às estruturas semelhantes construídas com alumiúnio.

p "Os avanços na impressão 3-D estão tornando mais fácil e mais barato do que nunca fabricar os tipos de geometrias complicadas com porosidade sob medida que sustentam nosso design de placa-rede. A fabricação desse tipo de design em escala industrial está se tornando uma possibilidade real.

p "Uma aplicação para este novo tipo de placa de rede pode ser na fabricação de automóveis, onde os projetistas se esforçam continuamente para construir carrocerias mais leves sem sacrificar a segurança durante colisões. O alumínio é usado em muitos projetos de automóveis modernos, mas nossa placa-rede oferece maior resistência ao impacto, o que pode torná-lo útil nesse tipo de aplicativo no futuro.

p "A reciclabilidade dos plásticos que usamos nessas placas de rede também os torna atraentes à medida que avançamos em direção a um mundo líquido zero, onde os modelos econômicos circulares serão fundamentais para tornar o planeta mais sustentável. "

p O papel da equipe, intitulado "Comportamento de impacto de nanoengenharia, Placas-reticulares impressas 3-D, "é publicado em Materiais e Design .