โครงกระดูกคาร์บอนไฟเบอร์ของหน่วยการสร้างที่มีลักษณะคล้ายทิงเกอร์ทอยนั้นแข็งเป็น 10 เท่าของโครงสร้างที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกัน และเนื่องจากเฟรมเวิร์กนั้นทำจากชิ้นส่วนที่เหมือนกันเป็นส่วนใหญ่ ชิ้นส่วนที่แตกหักจึงสามารถเปลี่ยนเป็นชิ้นส่วนใหม่ได้อย่างง่ายดาย นักประดิษฐ์รายงานในScience เมื่อวัน ที่ 16 ส.ค. การออกแบบใหม่นี้สามารถสร้างกระดูกที่เบา แข็ง และซ่อมแซมได้ง่ายของเฟรมเครื่องบิน จักรยาน สะพาน และแม้แต่อาคาร
แบริ่งน้ำหนัก นักวิจัยได้กำหนดโครงสร้างที่ประกอบด้วยหน่วยการสร้างรูปตัว X
ในเครื่องทดสอบการรับน้ำหนัก (แสดง) เพื่อวัดความแข็งแรงและความแข็ง
รูปภาพ© CC-BY-NC-SA KENNETH C. CHEUNG
“มันน่าทึ่งมาก” Rainer Adelung นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัย Kiel ในเยอรมนีกล่าว “เมื่อคุณอ่านบทความนี้ คุณคิดว่า ‘ทำไมไม่มีใครทำแบบนี้มาก่อน’ เป็นความคิดที่เรียบง่าย แต่มีผลกระทบอย่างมาก”
เป็นเวลาหลายปีแล้วที่จักรยานหรูและรถยนต์หรูหราใช้เส้นใยคาร์บอนที่เรียกว่าคอมโพสิตเพื่อลดน้ำหนักจากเฟรม ตอนนี้ผู้ผลิตเริ่มสร้างเครื่องบินขนาดใหญ่ในแนวเดียวของวัสดุน้ำหนักเบา ชิ้นส่วนที่น้อยลงหมายถึงข้อต่อที่น้อยลง ซึ่งมักจะหนักและยากที่จะแก้ไข
ดังนั้นผู้ผลิตต้องการสร้างชิ้นส่วนเครื่องบินที่ใหญ่ขึ้นกว่าเดิม ในปี 2008
Spirit AeroSystems ผู้ผลิตชิ้นส่วนสำหรับโบอิ้งและแอร์บัส ได้เข้ามาพบวิศวกรวัสดุของ MIT Kenneth Cheung และหัวหน้าห้องแล็บของเขา Neil Gershenfeld ด้วยแนวคิดที่แปลกใหม่:
จะเกิดอะไรขึ้นหากพวกเขาสามารถพิมพ์สามมิติทั้งเครื่องบินในขนาดมหึมาเดียว ชิ้นส่วน?
Cheung และ Gershenfeld มีข้อสงสัย แม้ว่าคอมโพสิตชิ้นยักษ์จะมีข้อต่อน้อยกว่า แต่ก็สามารถซ่อมแซมได้ยาก Cheung กล่าว เมื่อคอมโพสิตแตกก็จะแตกครั้งใหญ่ วอลลอปที่มีความรุนแรงมากพอที่จะแตกชิ้นส่วนประกอบในที่เดียวมีผลโดมิโน พลังงานของการชนสะท้อนกลับผ่านชิ้นส่วน ทำลายในหลายตำแหน่ง
ดังนั้น Cheung และ Gershenfeld จึงเกิดความคิดที่จะประกอบเครื่องบินจากชิ้นส่วนที่เหมือนกันหลายล้านชิ้น แทนที่จะเป็นชิ้นใหญ่เพียงชิ้นเดียว
Cheung เล่นกับการออกแบบต่างๆ มากมาย โดยหั่นรูปทรงออกจากกระดาษแข็งและไม้อัดก่อนจะวางลงบนยูนิตที่ทำซ้ำได้: แผ่นคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ “X” แบบแบน มีรูตรงกลางและมีห่วงที่ปลายแขนแต่ละข้าง หน่วยนี้ยาว 2 นิ้ว Cheung กล่าว แต่สามารถปรับขนาดได้แทบทุกขนาด “คุณสามารถคิดว่ามันเป็นเลโก้ที่มีประสิทธิภาพสูงจริงๆ” เขากล่าว
Cheung เกี่ยว Xs เข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงตาข่ายรูปลูกบาศก์ของปิรามิดสามเหลี่ยมที่ซ้ำกัน จากนั้นบดโครงสร้างเพื่อวัดความแข็งแรงและความแข็งของพวกมัน Cheung กล่าวว่าลูกบาศก์ขนาด 8 นิ้วที่หนักพอๆ กับไข่ที่สามารถรับน้ำหนักได้กว่า 650 ปอนด์ก่อนที่จะย่น และด้วยน้ำหนักที่เบามากของวัสดุ Adelung กล่าวว่าโครงตาข่าย “แข็งอย่างน่าทึ่ง”
เรขาคณิตของโครงตาข่ายของลูกบาศก์เป็นส่วนสำคัญของความแข็งและความแข็งแรงของมัน “ถ้าคุณสร้างพีระมิดสามเหลี่ยมจำนวนหนึ่งจากไม้จิ้มฟันและมาร์ชเมลโลว์ คุณอาจจะวางหนังสือไว้ด้านบนก็ได้” Cheung กล่าว
เมื่อโครงสร้างประกอบของ Cheung และ Gershenfeld ถึงจุดแตกหัก ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นในโครงตาข่ายก็หัก แบ่งแยกไปยังจุดที่ไม่ต่อเนื่องกัน คุณสมบัติที่มีประโยชน์นี้จะช่วยให้ผู้ผลิตสามารถใช้การออกแบบเพื่อควบคุมความเสียหายของโครงสร้างได้ “คุณสามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนทีละชิ้นได้ โดยรู้ว่าโครงสร้างมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์ขณะดำเนินการตามกระบวนการนั้น” Cheung กล่าว เขาจินตนาการถึงการใช้หุ่นยนต์เพื่อสร้างโครงสร้างและคลานเข้าไป ตรวจสอบชิ้นส่วนต่างๆ และเปลี่ยนชิ้นส่วนที่แตกออก
นักวิจัยยังปรับแต่งความยืดหยุ่นของโครงสร้างด้วยการเสียบชิ้นส่วนที่บางกว่าและโค้งงอได้มากกว่าเข้ากับโครงตาข่าย นักวิจัยสามารถบังคับบางพื้นที่ให้หักโดยที่ส่วนอื่นๆ ยังคงแข็งอยู่ โดยการติดตั้งชิ้นส่วนเหล่านี้เข้ากับส่วนเฉพาะของโครงตาข่าย ในเครื่องบิน การออกแบบประเภทนี้จะช่วยให้นักบินควบคุมฝีมือได้โดยการงอปีกแทนที่จะยกและลดระดับปีกนก
โครงสร้างไม่ได้ใกล้เคียงกับความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุที่มีความหนาแน่นมากขึ้น James Tour นักเคมีด้านวัสดุจาก Rice University ในฮูสตันกล่าว แต่พวกมันเบาอย่างเหลือเชื่อ และสำหรับรถยนต์ เครื่องบิน และยานอวกาศ เขากล่าวว่า “น้ำหนักเป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างมาก”
ในเดือนกันยายน Cheung จะเข้าร่วม NASA เพื่อประดิษฐ์โครงตาข่ายสำหรับโครงสร้างในอวกาศ
credit : unbarrilmediolleno.com fivefingersshoesvibram.com weediquettedispensary.com vibramfivefingercheap.com jamchocolates.com babyboxwinzig.com comcpschools.com nextdayshippingpharmacy.com fivespotting.com nextgenchallengers.com
