Инженери от RMIT създадоха 3D-принтирана титаниева структура, която плава, устойчива е на морски условия и остава плаваща дори след напукване.

Австралийски инженери са създали необичаен материал на основата на титан, който съчетава високата якост на метала с толкова ниска ефективна плътност, че може да плава по вода. Разработката е осъществена от екип от университета RMIT в Мелбърн, а резултатите от изследването са публикувани в списание Advanced Materials.

Това не е нова химическа сплав, а специално разработена пространствена структура. Тя е произведена от широко използваната титаниева сплав Ti-6Al-4V с помощта на лазерен 3D печат. Вътре е оформена решетка от кухи тръбни елементи, а вътрешните им канали са запълнени с полиуретанова пяна.

Именно тази комбинация реши проблема, който дълго време възпрепятстваше използването на ултралеки метални решетки в плаващите конструкции.

Водата прониква в материала, но той не потъва

Типична пореста метална решетка теоретично би могла да има средна плътност, по-ниска от тази на водата. Поради отворените кухини обаче, водата бързо прониква, измествайки въздуха и структурата губи плаваемост.

Инженерите от RMIT оставиха външната решетка отворена към водата, но запечатаха кухите титаниеви елементи, като ги запълниха с пяна.

В резултат на това водата може да преминава свободно през големите отвори на конструкцията, но не прониква в носещите ѝ елементи. Това осигурява достатъчна плаваемост дори при продължително потапяне.

По време на експериментите пробите са били държани във вода повече от два месеца. Изследователите са изградили и напълно функционална демонстрационна шамандура, която е плавала стабилно в естествена морска вода.

Дори пукнатините не го карат да потъне

Едно от най-интересните свойства на новия материал е неговата издръжливост.

Дори след сериозни механични повреди и появата на големи пукнатини, конструкцията остава на повърхността. Това се дължи на факта, че плаваемостта е разпределена между голям брой отделни канали, запълнени с пяна.

Ако част от конструкцията е повредена, останалите елементи продължават да оттичат водата.

Това е значително предимство за морската инфраструктура. Буйовете, плаващите сензори, понтоните и други конструкции са постоянно изложени на вълни, удари, корозия и механично натоварване.

Според RMIT, при същата обща плътност, новият титаниево-полимерен материал е приблизително 70% по-здрав от неръждаемата стомана или полиетилена с висока плътност, които се използват широко в морските конструкции.

Учените дори трябваше да измислят нов начин за измерване на плътността

По време на работата си екипът се е сблъскал с друг проблем: обичайното определение за плътност е слабо подходящо за отворените решетъчни структури.

Следователно, учените са предложили концепцията за „скелетна плътност“. Тя отчита само онези части от структурата, които действително изместват водата – титаниевите стени и затворените канали от пяна.

Ако такава плътност на скелета е по-ниска от плътността на околната течност, материалът ще плава, дори ако водата напълно запълни отвореното пространство на решетката.

Разработчиците виждат потенциални приложения на тази технология в буйове, плаващи платформи, системи за наблюдение на океана и друго морско оборудване. Теоретично, същият принцип може да се приложи и към други метали или решетъчни форми.

Засега основните ограничения остават цената на титана и сложността на адитивното производство. Въпреки това, за конструкции, където лекото тегло, устойчивостта на корозия и способността да останат на повърхността дори след повреда са особено важни, новият материал може да се окаже далеч по-практичен от традиционните решения.