새로운 3D 프린팅 격자 구조는 강도와 가벼움으로 연구자들을 놀라게 했습니다. 이는 함께 병합된 두 개의 서로 다른 격자 구조를 사용하여 이러한 복잡한 모양에서 일반적으로 발견되는 약점을 제거합니다. 호주 멜버른에 있는 RMIT 대학의 연구원들은 속이 빈 줄기 수련과 오르간 파이프 산호에서 영감을 얻어 관절에 의해 생성되는 높은 응력 집중을 줄이는 방법을 연구했습니다.
새로운 연구의 제1저자인 Ma Qian 교수는 “이상적으로는 모든 복잡한 벌집 재료에 응력이 고르게 분포되어야 한다”고 말했습니다. "그러나 대부분의 토폴로지에서는 일반적으로 재료의 절반 미만이 주로 압축 하중을 받으며, 재료의 더 큰 부피는 구조적으로 중요하지 않습니다."
연구원들은 관형 격자의 상단을 두 번째 격자로 덮어 강화하고 튜브와 연결부 사이에 얇은 X자형 단면을 추가하여 압축 테스트 중에 하중을 보다 균등하게 분산시켰습니다.
모양은 매우 복잡하지만 레이저 파우더 베드 융합 3D 프린터를 사용하면 쉽게 제작할 수 있습니다. 연구원들은 결과 큐브를 테스트한 결과 항공우주 산업에서 사용되는 유사한 밀도의 주조 마그네슘 합금인 WE54보다 50% 더 강한 것으로 나타났습니다.
크기는 밀리미터에서 수 미터에 이르는 프린터에 따라 최대 350°C까지 견딜 수 있으며 내열성이 더 높은 티타늄 합금으로 업그레이드하면 최대 600°C까지 견딜 수 있다고 합니다.
연구원들은 이 물질이 강도와 무게가 중요한 분야에서 유용할 수 있으며 항공기 및 로켓 부품을 포함한 상업적 응용이 가능하다고 말합니다. 흥미롭게도 그들은 이 재료가 의료용 뼈 임플란트에도 사용될 수 있으며 신체와 융합되면 뼈 세포가 다시 자라서 결국 복잡하고 부분적으로 빈 모양이 채워질 수 있다고 말합니다.
하지만 그렇게 복잡한 구조를 쉽게 제작할 수 있을까요? 연구원들은 다음과 같이 인정합니다. "모든 사람의 창고에 레이저 분말층 융합 기계가 있는 것은 아닙니다. 그러나 기술이 발전함에 따라 접근성이 높아지고 인쇄 프로세스가 더 빨라져 더 많은 사람들이 고강도 다중 토폴로지 메타물질을 구성 요소에 채택할 수 있게 됩니다. 중요한 것은 금속 3D 인쇄 기술이 실제 적용을 위한 메쉬 모양을 쉽게 만들 수 있다는 것입니다."
RMIT 팀은 더 큰 강도와 더 가벼운 무게를 추구하면서 격자 디자인을 계속 개선할 것이라고 말하면서 다양한 응용 분야에서 이러한 메타물질을 협력하고 상용화하기를 원하는 기업을 요청하고 있습니다.
이 논문은 Advanced Materials 저널에 게재되었습니다.