3D nyomtatás segíti a szemcsés anyagok vizsgálatát

Az anyagtudomány világában „jamming” akkor fordul elő, ha valamilyen szemcsés anyag (például homok) szabad, folyáshoz hasonló mozgásához nincs elég hely. Ilyenkor a szemcsék annyira összenyomódnak, hogy nem tudnak elmozdulni egymáshoz képest, így egy szilárd tömböt alkotnak. A szemcsék alakjától függően az anyag különböző szilárdsági, rugalmassági és súrlódási jellemzőket fog mutatni.

Heinrich Jaeger, a chicagói egyetem professzora, laboratóriumában kísérleti kondenzált anyagok viselkedését vizsgálja. Számos projektje foglalkozik azzal, hogy a szemcsék tömbösödésének milyen gyakorlati haszna lehet. Jaeger professzor és tanítványai azzal kísérleteznek, hogy a véletlenszerűen összekeveredő szemcséknek milyen alakúnak kell lennie ahhoz, hogy az anyag a kívánt jellemzőkkel bírjon. Hagyományosan csupán a már megismert formák feltérképezésével foglalkozhattak, mivel lényegében csak olyan alakok álltak rendelkezésre, amilyeneket találtak, vagy diákok seregére volt szükség, hogy az anyagot kézzel előkészítsék.

jamming

Marc Z. Miskin és Heinrich Jaeger

Azonban három évvel ezelőtt Professzor Jaeger az egyik korábbi diákját, Marc Z. Miskint is bevonta a munkájába, és 3D nyomtatás segítségével folytatták a kutatásaikat a szemcseformák szerkezeti jellemzőinek vizsgálata terén. Kifejlesztettek egy számítógépes algoritmust, amely a problémát a másik végénél ragadja meg. Ahelyett, hogy találnának egy szemcsealakot és aztán kiértékelnék a jellemzőit, az áttörést jelentő program az általuk meghatározott célnak vagy paramétereknek leginkább megfelelő formát keresi meg. Az algoritmus többnyire meglepő megoldásokkal és bonyolult alakokkal áll elő, hiszen mentes az emberek tapasztalataitól és előítéleteitől.

A 3D nyomtatásnak köszönhetően a rendhagyó alakú szemcsék ezreinek elkészítése már több mint lehetségessé vált. Azon túl, hogy rengeteg időt és pénzt takarít meg, a 3D nyomtatás segítségével gyártott részecskék egységesek, és hűebbek a számítógépes modellhez mintha a korábbi kézi technikával próbálnák megvalósítani őket. A gyártás után a kutatócsoport fizikai kísérleteket és teszteket hajthat végre a számítógépes algoritmus által generált szemcseformákon.

[youtube]n1KkMQxTM6E[/youtube]

A kutatás egyik eredményeképpen Jaeger professzor laboratóriuma lett a chicagói egyetem első saját 3D nyomtatóval felszerelt laboratóriuma. Jaeger professzor elmondása alapján több nyilvánvaló előnye miatt is a Stratasys Objet Connex350 3D nyomtatóját választották a kísérletekhez. Ez egy multi-material nyomtató, azaz többféle nyersanyaggal is tud dolgozni, valamint az anyagok digitális keverésére is képes, ezáltal akár egyedi anyagokat is létre tudnak hozni. További előny, hogy a rendszer ráadásul kiemelkedően jó felbontással is rendelkezik.

A jövőben Jaeger professzor és csapata számos kísérlethez tervezi felhasználni ezt az új technológiát, mivel állításuk szerint még rengeteg munkára van szükség a legerősebb formák megtalálásához. Épp a szemcsés anyagok egy újabb generációján dolgoznak, amiben várhatóan a nyersanyagok digitális keverése is egyre nagyobb szerephez fog jutni.

forrás: blog.stratasys.com