خداحافظ مهره‌ها و پیچ‌ها: آلیاژهای نیکل-تیتانیوم چاپ سه‌بعدی به ساختارهای قوی‌تر وعده می‌دهند
محققان دانشگاه تگزاس A&M و آزمایشگاه‌های ملی ساندیا به طور قابل توجهی فناوری پیوند جدیدی به نام سطوح متامتراکم (ILMs) را بهبود بخشیده‌اند.
هدف این فناوری افزایش استحکام و پایداری ساختارها در مقایسه با روش‌های سنتی مانند پیچ‌ها و چسب‌ها است.
محققان این کار را با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار شکل (SMAs) انجام داده‌اند.
ILMs پتانسیل دگرگون کردن طراحی اتصالات مکانیکی در تولید برای هوافضا، رباتیک و دستگاه‌های پزشکی را دارد.
آلیاژهای حافظه‌دار شکل
“ILMs آماده است تا فناوری‌های اتصال را در طیف وسیعی از کاربردها دوباره تعریف کند، دقیقاً مانند ولکرو در دهه‌ها گذشته” گفت دکتر ابراهیم کارامان، استاد و رئیس دپارتمان علوم و مهندسی مواد دانشگاه تگزاس A&M.
“در همکاری با آزمایشگاه‌های ملی ساندیا، توسعه‌دهندگان اولیه ILMs، ما ILMs را از آلیاژهای حافظه‌دار شکل مهندسی و تولید کرده‌ایم. تحقیقات ما نشان می‌دهد که این ILMs می‌توانند به صورت دلخواه جدا و دوباره متصل شوند در حالی که استحکام اتصال و یکپارچگی ساختاری ثابت باقی می‌ماند.”
مشابه لگوها یا ولکرو، ILMs امکان اتصال دو جسم را با انتقال نیرو و محدودیت حرکت فراهم می‌کنند. تا کنون، این روش اتصال منفعل بوده و نیاز به نیرویی برای اتصال دارد.
با استفاده از چاپ سه‌بعدی، تیم‌ها ILMs فعال را توسط ادغام SMAs، به ویژه نیکل-تیتانیوم ، طراحی و تولید کردند که می‌توانند بعد از تغییر شکل به حالت اولیه خود برگردند با تغییر دما.
کنترل فناوری اتصال از طریق تغییرات دما امکانات جدیدی برای ساختارهای هوشمند و تطبیقی فراهم می‌کند بدون از دست دادن استحکام یا پایداری و با افزایش گزینه‌های انعطاف‌پذیری و عملکرد.
“ILMs فعال پتانسیل تحول در طراحی اتصالات مکانیکی در صنایع نیازمند به مونتاژ و جداسازی دقیق و تکرارپذیر را دارد” گفت عبدالرحمن السید، دستیار پژوهشی کارشناسی ارشد در دپارتمان علوم و مهندسی مواد دانشگاه تگزاس A&M.
ساختارهای قوی‌تر
کاربردهای عملی شامل طراحی قطعات مهندسی هوافضا قابل تنظیم مجدد است که در آن قطعات باید چندین بار مونتاژ و جداسازی شوند.
ILMs فعال همچنین می‌توانند اتصالات انعطاف‌پذیر و تطبیق‌پذیری را برای رباتیک و بهبود عملکرد فراهم کنند.
توانایی تنظیم ایمپلنت‌ها و پروتزها در دستگاه‌های پزشکی با حرکات بدن و دماها می‌تواند گزینه بهتری برای بیماران فراهم کند.
یافته‌های کنونی از اثر حافظه‌شکل SMAs برای بازگشت به شکل ILMs با افزودن حرارت استفاده کرد.
محققان امیدوارند با استفاده از اثر فوق‌الاستیسیته SMAs یافته‌های خود را توسعه دهند تا ILMs را ایجاد کنند که بتوانند تغییر شکل‌های بزرگ را تحمل کنند و به سرعت تحت سطوح بسیار بالای تنش بازگردند.
“ما امیدواریم که با گنجاندن SMAs در ILMs کاربردهای متعددی را در آینده باز کنیم، هرچند چندین چالش باقی مانده است” گفت کارامان.
“دستیابی به فوق‌الاستیسیته در ILMs پیچیده سه‌بعدی چاپ شده امکان کنترل محلی از سفتی ساختاری و تسهیل اتصالات مجدد با نیروهای قفل بالا را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ما انتظار داریم این فناوری چالش‌های طولانی مدت مرتبط با تکنیک‌های اتصال در محیط‌های شدید را برطرف کند. ما درباره توانمندی‌های تحول‌آفرین فناوری ILM بسیار هیجان‌زده هستیم.”
سایر مشارکت‌کنندگان شامل دکتر علا علونی، استاد معاون در دپارتمان مهندسی صنعتی و سیستم‌ها و دانشجوی دکترای طارش گلریا در دپارتمان سیستم‌ها و مهندسی صنعتی.
ایستگاه تجربی مهندسی تگزاس A&M (TEES)، آژانس پژوهشی رسمی مهندسی تگزاس A&M، مدیریت تامین مالی برای این تحقیق را برعهده دارد.
