فريق من جامعة RMIT الأسترالية يطبع بالطباعة ثلاثية الأبعاد بنية شبكية من التيتانيوم قادرة على الطفو

أخبار ar.wedoany.com، تمكن فريق بحثي بقيادة باحثين من جامعة رويال ملبورن للتكنولوجيا (RMIT University) من طباعة بنية شبكية من التيتانيوم بالطباعة ثلاثية الأبعاد، تظل قادرة على الطفو والحفاظ على طفوها حتى بعد تعرضها لأضرار جسيمة. وتُعد هذه أول مادة خارقة شبكية هجينة معدنية قابلة للطفو على الإطلاق وفقًا للسجلات الموثقة.

تتكون هذه البنية الشبكية من التيتانيوم من دعامات تيتانيوم مجوفة ومترابطة، مملوءة برغوة البولي يوريثان. يمكن للمياه أن تتدفق عبر الفراغات المفتوحة في الشبكة، بينما تحافظ الدعامات المحكمة الإغلاق على الطفو العام؛ وقد ظلت العينات المخبرية طافية في المياه العذبة لأكثر من شهرين.

أوضح الباحث الرئيسي في مركز التصنيع الإضافي (Centre for Additive Manufacturing) بجامعة RMIT، جوردان نورونيا، أنه على الرغم من إمكانية صنع البنى الشبكية المعدنية بخفة شديدة تصل كثافتها إلى أقل من عُشر كثافة الماء، إلا أن فراغاتها الداخلية مفتوحة ومترابطة، مما يؤدي إلى غرقها بمجرد دخول الماء إليها. وقد قام الفريق البحثي بملء رغوة البولي يوريثان فقط في دعامات التيتانيوم المجوفة، مما أتاح إنتاج بنية تسمح بتدفق الماء عبرها، مع بقائها طافية حتى بعد تعرضها لتصدعات وأضرار جسيمة. يكمن المبدأ في أن الفقاعات الدقيقة المغلقة داخل الرغوة تحبس الغاز، وتمنع الماء من التسلل إلى الدعامات المجوفة.

لوصف قدرة الطفو لهذه البنى، اقترح الفريق البحثي مؤشر "كثافة الهيكل"، الذي يحسب فقط الأجزاء التي تؤدي وظيفة مقاومة الماء، وهي جدران التيتانيوم وقنوات الحشو الرغوية المحكمة الإغلاق، دون احتساب الحجم الكلي للمادة. وأشار نورونيا إلى أن هذا يوفر للمهندسين قاعدة تصميمية بسيطة: فطالما كانت كثافة الهيكل أقل من كثافة السائل المحيط، ستبقى البنية طافية، حتى مع تدفق الماء عبر جميع الفتحات الخارجية.

أظهرت الاختبارات أن قوة هذه البنية الشبكية أعلى بنسبة 70% من قوة الفولاذ المقاوم للصدأ والبولي إيثيلين عالي الكثافة عند نفس الكثافة. وبعد تعريض العينات لمياه البحر في خليج بورت فيليب (Port Phillip Bay) لمدة أسبوعين، بلغ فقدان الكتلة 0.15%، بينما لم يتجاوز فقدان القوة 1%. كما حافظت عوامة مطبوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد على ثباتها في خزان دوّار بزاوية ميلان 45 درجة، دون استخدام أغلفة خارجية أو طلاءات أو أجهزة طفو إضافية.

صرّح قائد المشروع، البروفيسور المتميز ما تشيان، أن الفريق سيعمل على تكبير أبعاد المكونات واختبار أداء هذه البنية على المدى الطويل في البيئات البحرية وأعماق البحار. وأضاف أنه من خلال تغيير المواد داخل الإطار التيتانيومي، يمكن أيضًا تخصيص بنى مماثلة لتطبيقات مثل امتصاص الطاقة، والإدارة الحرارية، والتحكم في الاهتزازات.