Tecnologia

Estruturas metlicas ficam fortes como metal e leves como cortia

1548234083 file be0b03d8 Vision Art NEWS


Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/08/2023

Estruturas met

uma nova categoria de estrutura metlica, superior s atuais estruturas em trelias feitas de barras ou tubos metlicos.
[Imagem: Alfonso Parra Rubio et al. (2023)]

Slidos celulares

A natureza est repleta dos chamados “slidos celulares”, materiais compostos de muitas clulas agrupadas, o que lhes permite serem leves, mas rgidos e fortes.

o caso de um favo de mel ou dos nossos ossos, por exemplo: A forma dessas clulas determina em grande parte as propriedades mecnicas do material, incluindo a sua rigidez ou resistncia.

Inspirando-se nessas estruturas, engenheiros criaram agora uma nova estrutura que, apesar de ser inteiramente feita de metal, herdando sua fora e resistncia, to leve quanto a cortia.

“Este material como uma cortia de ao. mais leve que a cortia, mas com alta resistncia e rigidez,” disse o professor Neil Gershenfeld, do MIT, cuja equipe vem trabalhando com materiais artificiais visando o conceito de “mquinas que constroem mquinas”.

A criao do material biomimtico exigiu o desenvolvimento de um processo de construo modular no qual muitos componentes menores so formados, dobrados e montados em formas 3D. Usando esse mtodo, copiado da tcnica japonesa do kirigami, a equipe fabricou estruturas e robs ultraleves e ultrafortes que, sob uma carga especfica, podem se contorcer sem se deformar de modo permanente.

Como essas estruturas so leves, mas fortes, resistentes e relativamente fceis de produzir em massa em escalas maiores, elas podem ser especialmente teis em componentes para arquitetura, construo civil, avies, veculos e aplicaes aeroespaciais.

Estruturas met

O processo de fabricao mais simples do que as tcnicas atuais.
[Imagem: Alfonso Parra Rubio et al. (2023)]

Redes de placas

Estas novas estruturas metlicas pertencem a um tipo de material engenheirado de alto desempenho conhecido como rede de placas, que at agora s havia sido demonstrado em dimenses muito menores por meio da fabricao aditiva, ou impresso 3D – somente em microescala.

A nova tcnica mais verstil porque permite criar essas estruturas a partir de qualquer metal, liga metlica ou outros materiais, gerando formas personalizadas e propriedades mecnicas especificamente ajustadas para a aplicao.

Materiais arquitetados, como as trelias, so frequentemente usados como ncleos para um tipo de material compsito conhecido como estrutura sanduche. Para visualizar uma estrutura em sanduche, pense em uma asa de avio, onde uma srie de vigas diagonais que se cruzam formam um ncleo de trelia que fica entre os painis superior e inferior. Essa trelia tem alta rigidez e resistncia, mas muito leve.

A diferena das redes de placas que so estruturas celulares feitas de intersees tridimensionais de placas, em vez de vigas (barras slidas ou ocas). Essas estruturas de alto desempenho so ainda mais fortes e rgidas do que armaes treliadas, mas sua forma complexa as torna difceis de fabricar usando tcnicas comuns, como impresso 3D, especialmente para aplicaes de engenharia em larga escala.

Estruturas met

As aplicaes de engenharia so praticamente ilimitadas.
[Imagem: Alfonso Parra Rubio et al. (2023)]

Superando as trelias metlicas

Foi a que entraram as tcnicas japonesas de dobradura (origami) e recorte (kirigami).

O kirigami tem sido usado para produzir trelias de placas a partir de vincos em zigue-zague parcialmente dobrados. Mas, para fazer uma estrutura de sanduche, preciso prender placas planas na parte superior e inferior desse ncleo corrugado nos pontos estreitos formados pelos vincos em zigue-zague. Isso geralmente requer adesivos fortes ou tcnicas de soldagem que podem tornar a montagem lenta, cara e difcil de dimensionar.

O pesquisador Alfonso Rubio teve ento a ideia de modificar um padro comum de vinco de origami, conhecido como padro Miura-ori, de modo que as pontas afiadas da estrutura ondulada so transformadas em facetas. As facetas, como as de um diamante, fornecem superfcies planas nas quais as placas podem ser fixadas mais facilmente, com parafusos ou rebites.

“As trelias de placas superam as trelias de vigas em resistncia e rigidez, mantendo o mesmo peso e estrutura interna,” disse Rubio. “Alcanar o limite superior H-S para rigidez e resistncia tericas j foi demonstrado por meio da produo em nanoescala usando litografia de dois ftons. A construo de redes de placas tem sido to difcil que tem havido pouca pesquisa em macroescala. Acreditamos que a dobragem um caminho para uma utilizao mais fcil deste tipo de estrutura de placa feita de metais.”

O limite H-S citado pelo pesquisador refere-se abordagem Hashin-Shtrikman, uma mtrica que fornece limites (estimativas inferior e superior) para os mdulos elsticos de uma mistura homognea e isotrpica de diferentes materiais, dados os mdulos elsticos e os volumes dos componentes.

Estruturas met

Prottipos feitos em alumnio superaram qualquer outra estrutura corrugada do mesmo metal.
[Imagem: Alfonso Parra Rubio et al. (2023)]

Forte como metal, leve como cortia

A nova tcnica permite ajustar certas propriedades mecnicas da estrutura, como rigidez, resistncia e mdulo de flexo (a tendncia de um material de resistir flexo). Essas informaes, bem como a forma 3D, so codificadas em um mapa de vincos, que ento usado para criar essas ondulaes de kirigami.

Por exemplo, com base na maneira como as dobras so projetadas, algumas clulas podem ser moldadas para que mantenham sua forma quando comprimidas, enquanto outras podem ser modificadas para que se dobrem. Dessa forma, possvel controlar com preciso como diferentes reas da estrutura se deformaro quando estiverem sujeitas carga.

Como a flexibilidade da estrutura pode ser controlada, esses materiais corrugados podero ser usadas em robs ou outras aplicaes dinmicas com peas que se movem, torcem e dobram. E tudo com um processo de fabricao muito simples.

“Para fabricar coisas como carros e avies, necessrio fazer um grande investimento em ferramentaria [fresagem ou tornearia, por exemplo]. Este processo de fabricao no depende de ferramentaria, como a impresso 3D. Mas, ao contrrio da impresso 3D, nosso processo pode definir o limite para propriedades recordes do material,” disse Gershenfeld.

Para demonstrar seu mtodo, a equipe fabricou estruturas de alumnio com resistncia compresso de mais de 62 quilonewtons, mas pesando apenas 90 quilogramas por metro quadrado – a cortia pesa cerca de 100 quilogramas por metro quadrado. As estruturas ficaram to fortes que conseguem suportar trs vezes mais fora do que um corrugado tpico de alumnio.

Bibliografia:

Artigo: Kirigami Corrugations: Strong, Modular, and Programmable Plate Lattices
Autores: Alfonso Parra Rubio, Klara Mundilova, David Preiss, Erik D. Demaine, Neil Gershenfeld
Revista: Proceedings of the ASME 2023
Link: http://cba.mit.edu/docs/papers/0821.ASME-Kirigami.pdf

Seguir Site Inovação Tecnológica no Google Notícias

Outras notcias sobre:

Mais tópicos

Fonte: Acesse Aqui o Link da Matéria Original

1548234083 file be0b03d8 Vision Art NEWS

Este site usa cookies para que você tenha a melhor experiência do usuário. Se continuar a navegar, dará o seu consentimento para a aceitação dos referidos cookies e da nossa política de cookies , clique no link para obter mais informações. CONFIRA AQUI

ACEPTAR
Aviso de cookies
Translate »