SG.hu·
Nagy dolgok kis darabokból egy új geometriával
Az MIT kutatói apró, könnyű építőelemeket alkottak, melyeket a Lego kockákhoz hasonlóan összerakva kivételesen erős szerkezeteket eredményeznek.
Az MIT Bitek és Atomok Központjának vezetője, Neil Gershenfeld a láncinghez hasonlítja a szerkezeteket, az általa és munkatársa, Kenneth Cheung által kifejlesztett újszerű geometrián alapuló tömeggyártott elemek tízszer erősebb szerkezetet alkotnak egy adott súlyhoz, mint a jelenleg létező ultrakönnyű anyagok. Ugyancsak lényeges, hogy a Lego-elv folyamatosan megmarad, vagyis az elemek könnyedén szétszedhetők és más elrendezésben összerakhatók.
A nyolcszögletű sejtekbe csíptetett lapos, kereszt alakú kompozit darabok egy kockarácsába állnak össze, amit a kutatók "cuboct" névre kereszteltek. Az elemek szerkezete leginkább a perovszkit ásvány kristályszerkezetére hasonlít. Úgy tervezték, hogy a normál alkalmazáskor a szerkezetre ható erők irányába ellenálló legyen, míg egy teljesen más irányból nyomást kifejtve az elemek szétszedhetőkké váljanak. Az új technika előnye, hogy jóval kevesebb anyag szükséges egy adott súly megtartásához. Ez nem csupán a járművek súlyát csökkentené, de az építési és összerakási költségeket is, ami nagyobb szabadságot enged a tervezésben.
A hagyományos kompozitoknál, melyeket a golflabdáktól kezdve az új Boeing 787-es repülőgép alkatrészekig bezáróan számtalan területen alkalmaznak, minden darabot egy folyamatos egységként gyártanak le, ezáltal a nagy szerkezetek, például egy repülőgépszárny előállításához nagy gyárakra van szükség, ahol a nagy egész darabjait összeillesztve hőkezelésnek vetik alá. Jellemzően az ilyen illesztéseknél alakulnak ki a szerkezeti hibák.
Cheung és Gershenfeld szerint módszerüknél nem lép fel ilyen probléma, mivel az erők a darabok belsejének szerkezetén keresztül szétoszlanak a teljes rácsban. Kiemelték, hogy szerkezetük úgy viselkedik, mint egy rugalmas szilárd anyag, melynek ereje megegyezik a sokkal nehezebb hagyományos szerkezetekével. "Mi több, amikor a hagyományos kompozit anyagokat a töréspontig feszítjük, hajlamosak hirtelen és nagy területen törni" - magyarázta Gershenfeld. "Az új moduláris rendszer azonban csak fokozatosan adja fel a küzdelmet, ami nagyobb megbízhatóságot és könnyebb javíthatóságot jelent"
Mivel több féle típus is összeilleszthető, így nagyobb fokú tervezési függetlenséget is biztosít az új megoldás a kompozit gyártásban, tette hozzá Cheung. "A különböző alkotóelem típusok kombinálásával a tervezők olyan azonos geometriával rendelkező szerkezeteket is alkothatnak, amik más és más módokon hajlanak meg a különböző súlyok alatt" - összegzett.
Az MIT Bitek és Atomok Központjának vezetője, Neil Gershenfeld a láncinghez hasonlítja a szerkezeteket, az általa és munkatársa, Kenneth Cheung által kifejlesztett újszerű geometrián alapuló tömeggyártott elemek tízszer erősebb szerkezetet alkotnak egy adott súlyhoz, mint a jelenleg létező ultrakönnyű anyagok. Ugyancsak lényeges, hogy a Lego-elv folyamatosan megmarad, vagyis az elemek könnyedén szétszedhetők és más elrendezésben összerakhatók.
A nyolcszögletű sejtekbe csíptetett lapos, kereszt alakú kompozit darabok egy kockarácsába állnak össze, amit a kutatók "cuboct" névre kereszteltek. Az elemek szerkezete leginkább a perovszkit ásvány kristályszerkezetére hasonlít. Úgy tervezték, hogy a normál alkalmazáskor a szerkezetre ható erők irányába ellenálló legyen, míg egy teljesen más irányból nyomást kifejtve az elemek szétszedhetőkké váljanak. Az új technika előnye, hogy jóval kevesebb anyag szükséges egy adott súly megtartásához. Ez nem csupán a járművek súlyát csökkentené, de az építési és összerakási költségeket is, ami nagyobb szabadságot enged a tervezésben.
A hagyományos kompozitoknál, melyeket a golflabdáktól kezdve az új Boeing 787-es repülőgép alkatrészekig bezáróan számtalan területen alkalmaznak, minden darabot egy folyamatos egységként gyártanak le, ezáltal a nagy szerkezetek, például egy repülőgépszárny előállításához nagy gyárakra van szükség, ahol a nagy egész darabjait összeillesztve hőkezelésnek vetik alá. Jellemzően az ilyen illesztéseknél alakulnak ki a szerkezeti hibák.
Cheung és Gershenfeld szerint módszerüknél nem lép fel ilyen probléma, mivel az erők a darabok belsejének szerkezetén keresztül szétoszlanak a teljes rácsban. Kiemelték, hogy szerkezetük úgy viselkedik, mint egy rugalmas szilárd anyag, melynek ereje megegyezik a sokkal nehezebb hagyományos szerkezetekével. "Mi több, amikor a hagyományos kompozit anyagokat a töréspontig feszítjük, hajlamosak hirtelen és nagy területen törni" - magyarázta Gershenfeld. "Az új moduláris rendszer azonban csak fokozatosan adja fel a küzdelmet, ami nagyobb megbízhatóságot és könnyebb javíthatóságot jelent"
Mivel több féle típus is összeilleszthető, így nagyobb fokú tervezési függetlenséget is biztosít az új megoldás a kompozit gyártásban, tette hozzá Cheung. "A különböző alkotóelem típusok kombinálásával a tervezők olyan azonos geometriával rendelkező szerkezeteket is alkothatnak, amik más és más módokon hajlanak meg a különböző súlyok alatt" - összegzett.