Avustralya’daki RMIT Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, doğanın ve imalat dünyasının büyük bir kısmındaki örneklerden çok daha üstün olan yeni bir 3D baskılı “meta malzeme” geliştirdi. Bu yenilikçi malzeme, tıbbi implantlardan havacılık ve uzay uygulamalarına kadar birçok alanda önemli etkilere sahip olma potansiyeli taşımaktadır.
Yeni meta malzeme, yaygın bir titanyum alaşımından oluşmasına rağmen, kendine özgü elektromanyetik özellikler sergileyen yapay bir malzeme olarak öne çıkıyor. Malzemenin sağladığı avantajlar, onun kafes tasarımından kaynaklanıyor. Ekibin gerçekleştirdiği çalışmalara göre, bu malzeme havacılık sektöründe kullanılan benzer yoğunluktaki en güçlü alaşımdan yüzde 50 daha dayanıklı bir yapıya sahip. Bu buluş, doğada gözlemlenen örneklerden ilham alınarak geliştirilmiştir; özellikle Victoria nilüferleri gibi güçlü iç yapıya sahip bitkiler ve organ borulu mercanlar, hafifliğin dayanıklılıkla nasıl birleştirilebileceğine dair önemli ipuçları sunmuştur.
Ancak, bu doğal yapılara benzer yapılar üretmek geçmişte birçok zorlukla karşılaşmıştır. Araştırmacılar, onlarca yıldır doğadaki örneklere benzer içi boş “hücresel yapılar” geliştirmeye çalışsalar da, üretim süreçlerindeki zorluklar ve yük stresi sorunları nedeniyle genellikle başarısızlıkla sonuçlandılar. Profesör Ma Qian, “İdeal olarak, tüm karmaşık hücresel malzemelerdeki stresin eşit şekilde yayılması gerekir” diyerek bu sorunun altını çiziyor. “Ancak çoğu topoloji için, malzemenin yarısından azı sıkıştırma yükünü taşır ve bu sırada daha büyük malzeme hacmi yapısal olarak önemsiz hale gelir,” şeklinde ekliyor.
Bu noktada fark yaratan unsur, metal 3D baskının sunduğu yenilikçi çözümlerdir. Qian, “İçinde ince bir bant bulunan içi boş, boru şeklinde bir kafes yapısı tasarladık. Bu iki unsur birlikte, doğada daha önce hiç görülmemiş güç ve hafifliği sergiliyor” diyor. Ayrıca, “Stresi eşit şekilde dağıtmak için iki tamamlayıcı kafes yapısını etkili bir şekilde birleştirerek, stresin yoğunlaştığı zayıf noktalardan kaçınıyoruz” şeklinde belirtiyor.
Qian ve ekibi, bu etkileyici yeni malzemeyi yaratmak için lazer toz yatağı füzyonu adı verilen, yüksek güçlü lazer ışınları kullanarak metal tozu katmanlarını bir arada eriten bir teknik kullanarak tasarımlarını RMIT’in Gelişmiş Üretim Bölgesi’nde 3D olarak bastılar. Sonuç olarak, dökme magnezyum alaşımı WE54 ile karşılaştırıldığında, yüzde 50 daha güçlü bir titanyum kafes küpü elde ettiler. Bu yeni yapı, kafesin zayıf noktalarında yoğunlaşan stres miktarını etkili bir şekilde yarıya indirdi. Ayrıca, çift kafes tasarımı, oluşabilecek çatlakları saptırarak yapının dayanıklılığını artırma özelliğine de sahiptir.
Bu yapı, farklı yazıcı türleri kullanılarak birkaç milimetre boyutundan birkaç metreye kadar büyütülebilir. 3D baskı özelliği, malzemenin biyouyumluluğunu, korozyon ve ısıya karşı dayanıklılığını artırarak onu çeşitli üretim alanlarındaki uygulamalar için potansiyel bir aday haline getiriyor. Ekip, malzemenin gelişimini sürdürmeyi ve daha yüksek sıcaklıkta uygulamalarını keşfetmeyi planlıyor. Şu anda titanyum küp, 350°C kadar yüksek sıcaklıklara dayanabilirken, 600°C’ye kadar dayanma potansiyeline sahip olduğu düşünülmektedir. Böyle bir gelişme, bu malzemeyi havacılık ve uzay mühendisliği ile itfaiyeci dronları için mükemmel kılacaktır. Ancak, yeni malzemeyi üretmek için gereken teknoloji henüz yaygın olarak mevcut değil, bu nedenle benimsenmesi zaman alabilir.
Bu çalışma Advanced Materials dergisinde yayımlanmıştır.
