3D Baskıyla Üretilen Yüzen Titanyum Kafes: Çelikten %70 Daha Güçlü ve Hafif

RMIT Üniversitesi’nden araştırmacılar, çelikten %70 daha güçlü, ancak aynı yoğunlukta yüzen titanyum kafes geliştirdi.

Su geçirgenliği olan bir titanyum yapısı, yeni nesil deniz araçları, iskeleler ve yüzer sensörlerin üretimi için umut vadeden bir yaklaşım sunabilir.

RMIT Üniversitesi liderliğindeki araştırmacılar, hasara dayanıklı ve aynı yoğunlukta yaygın olarak kullanılan deniz malzemelerinden daha üstün performans gösteren, köpükle doldurulmuş metal bir kafes geliştirdiler.

Çalışma, içi polüretan köpüğüyle doldurulmuş, birbirine bağlı titanyum çubuklardan oluşan bir çerçeve tanımlamaktadır. Örnekler, iki aydan fazla süre boyunca tatlı suda yüzebilmiştir; deniz suyu testleri ise korozyon direncini ve prototip bir canın stabilitesini incelemiştir.

Açık metal yapıları yüzdürmek

Metal kafesler hafif olabilir, ancak açık boşluklar bir sorun teşkil eder: su çerçeveye girer ve batmasına neden olur.

Araştırmacılar, yalnızca içi boş titanyum çubukları köpükle doldurarak ve daha büyük açıklıkların su akışına izin verecek şekilde tasarlayarak bu sorunu çözdüler.

“Yalnızca içi boş titanyum çubukları polüretan köpüğüyle doldurarak, suyun içinden geçmesine izin veren ancak önemli çatlaklar ve hasarlar meydana gelse bile yüzebilen bir yapı oluşturduk” dedi proje lideri Dr. Jordan Noronha.

Ekip, yüzdürmeyi tahmin etmek için “iskelet yoğunluğu” adı verilen bir ölçü geliştirdi. Geleneksel yoğunluk hesaplamalarının aksine, bu ölçü kafesin açık boşluklarını dahil etmez ve yalnızca suyu dışlayan titanyum duvarları ve köpükle doldurulmuş kanalları dikkate alır.

Bir yapının iskelet yoğunluğu, çevredeki sıvının yoğunluğunun altında ise, dış açılımlarındaki su birikimi olsa bile yüzebilir.

Deniz suyu koşullarında dayanıklılık

Aynı genel yoğunlukta, titanyum kafes çelik veya yüksek yoğunluklu polietilen gibi yaygın olarak kullanılan deniz uygulamalarındaki malzemelerden %70 daha güçlüydü.

Kısa süreli korozyon testleri, yapının Melbourne’ün Port Phillip Körfezi’nden alınan doğal deniz suyuna batırılmasını içeriyordu. İki hafta sonra, kütlesinin yalnızca %0,15’ini kaybetmiş ve gücünün %1’den daha az bir oranda azalmıştı.

Yapı ayrıca, önemli bağlantılardaki çatlaklar, bir kafes katmanının tamamen kırılması gibi hasarlar meydana gelse bile yüzebilmiştir. Yalnızca şiddetli ezilme ve sıkıştırma sonucunda batmıştır.

“Köpükteki küçük, sızdırmaz hücreler gazı hapseder ve suyun içi boş çubuklara girmesini engeller” dedi Noronha.

Bu dağıtılmış koruma, hasarın neden olduğu ani batmanın önlenmesinin temel nedeni olarak açıklanabilir. Karşılaştırıldığında, geleneksel içi boş deniz yapıları, duvarlarındaki çatlaklar nedeniyle hızla su basabilir.

Prototip, daha büyük testlere işaret ediyor

Tasarımı göstermek için, araştırmacılar kararlı bir şekilde dönen 45 dereceye kadar olan bir deniz suyu tankında yüzebilen bir prototip can ürettiler. Bu can, herhangi bir sızdırmaz muhafaza, koruyucu kaplama veya ek yüzerlik gerektirmiyordu.

Proje lideri Distinguished Professor Ma Qian, bir sonraki adımların daha büyük gösteri parçaları üretmek ve gerçekçi deniz ve derin deniz koşulları altında uzun vadeli performansı değerlendirmek olduğunu belirtti.

Bu testler, şimdiye kadar bildirilen kısa süreli deniz suyu maruziyetinin ötesine geçecektir.

Araştırmacılar ayrıca, titanyum çerçeve içindeki malzemenin değiştirilmesiyle enerji emilimi, termal yönetim ve titreşim kontrolü gibi deniz altyapısının dışındaki potansiyel uygulamaları da görüyorlar.

RMIT’nin Additive Manufacturing Merkezi, Fransa’daki Conservatoire National des Arts et Métiers ile işbirliği yaparak bu araştırmayı yürüttü. Araştırma, dergisinde yayınlanmıştır.