211service.com
Céramique origami légère et résistante
Une nouvelle façon d'imprimer et de plier des treillis en céramique et en métal en structures miniatures pourrait conduire à de nouvelles structures d'ingénierie légères. La technique consiste à fabriquer des feuilles en treillis à partir d'encre céramique, puis à plier et à chauffer ces feuilles pour créer des formes complexes. La méthode pourrait être utilisée pour fabriquer des pièces légères pour des applications aérospatiales, des échafaudages complexes pour l'ingénierie tissulaire et des filtres et catalyseurs pour la production chimique industrielle.
Structures complexes : Le cône rouge en haut au centre de cette image est une tête d'impression utilisée pour fabriquer des réseaux bidimensionnels d'encres céramiques et métalliques. Ces treillis peuvent être pliés pour créer des structures complexes, notamment des cubes, des spirales et même une grue en origami.
Nous pouvons créer des formes tridimensionnelles complexes qui ne peuvent pas être réalisées autrement, dit Jennifer Lewis , directeur du Materials Research Laboratory de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Lewis a développé la technique avec le chercheur de l'Illinois Bok Ahn et David Dunand , professeur de science des matériaux à la Northwestern University. Les chercheurs affirment que cela répond au besoin d'un moyen de fabriquer des structures complexes à l'échelle centimétrique, trop petites pour le moulage ou l'usinage conventionnel, et trop grandes pour la lithographie ou des techniques similaires.
Lewis a déjà créé de nouveaux types d'encres et de méthodes d'impression pour créer des structures bidimensionnelles. Son approche consistait à extraire des encres contenant des particules de céramique ou de métal d'une tête d'impression, de la même manière qu'un dentifrice serait extrait d'un tube. Avec ces encres, Lewis pouvait créer des motifs en treillis, une couche à la fois. Les réseaux pourraient ensuite être chauffés pour fusionner les particules ensemble et éliminer les solvants de l'encre.
Le groupe de Lewis s'est tourné vers le pliage en origami lorsqu'un collaborateur lui a demandé de fabriquer des cylindres concentriques de titane pour une utilisation dans l'ingénierie tissulaire, comme implants pour favoriser la croissance osseuse. Ahn s'est rendu compte qu'une telle structure pouvait être réalisée en enroulant un réseau imprimé avant de le chauffer, et le groupe a bricolé la formulation des encres pour mieux s'adapter au processus. Le matériau est suffisamment élastique pour se plier, mais suffisamment solide pour ne pas s'affaisser ou se fissurer avant qu'il ne se solidifie.
La même technique a maintenant été utilisée pour fabriquer des structures complexes qui incluent une grue en origami nécessitant 16 étapes de pliage. La grue n'a aucune application pratique, mais démontre les avantages de cette technique, selon les chercheurs.
La technique d'impression et de pliage vous permet de créer la forme que vous voulez, mais sans le poids, explique Bob Peterson, scientifique principal chez Aérojet , une société aérospatiale basée à Sacramento, en Californie, qui n'est pas affiliée au groupe Illinois.
Peterson dit que la technique pourrait être utilisée pour fabriquer, par exemple, des entretoises de renfort en titane plus légères pour les ailes de fusée, et il estime que la technique de fabrication du groupe de l'Illinois pourrait réduire le poids de ces pièces particulières d'environ 1,5 livre à un quart de livre. Au lieu de fabriquer un cube en titane solide, par exemple, les chercheurs pourraient en construire un creux avec beaucoup moins de matériau. Les structures en métal plié et en céramique devraient également être capables de résister à des températures extrêmes et à de lourdes charges, ce qui est important pour les applications aérospatiales et industrielles.
Les chercheurs de l'Illinois travaillent avec une plus large gamme de matériaux et testent les propriétés mécaniques des structures qu'ils ont déjà réalisées. Les structures en titane, dit Dunand, sont solides et résistantes aux fractures. Il ajoute que l'approche devrait être compatible avec une gamme de matériaux autres que le titane, y compris l'acier et d'autres métaux, de nombreuses céramiques et les composés utilisés pour fabriquer les zéolites, qui sont couramment utilisés pour la filtration et la catalyse.