Инженеры из Австралии создали лёгкий титановый материал, который сохраняет плавучесть даже после серьёзных повреждений. Разработка может найти применение в буях, плавающих датчиках и других конструкциях для морской инфраструктуры. Об этом сообщил сайт SciTechDaily.
Обычные плавучие сооружения держатся на воде благодаря герметичным полостям, однако трещина позволяет воде проникнуть внутрь и может привести к затоплению всей конструкции. Металлические решётчатые материалы отличаются прочностью при небольшой массе, но их открытая структура обычно пропускает воду, из-за чего они теряют способность плавать.
Команда RMIT University решила проблему с помощью 3D-печати. Исследователи изготовили титановую решётку из полых соединённых между собой элементов, а затем заполнили их пенополиуретаном. Вода может проходить через внешние отверстия решётки, тогда как заполненные пеной внутренние каналы остаются защищёнными от затопления.
Образцы сохраняли плавучесть в пресной воде более двух месяцев. Даже после появления трещин, разрушения важных соединений и перелома целого слоя решётки материал продолжал держаться на поверхности. Полное погружение происходило только после сильного смятия конструкции, поскольку небольшие закрытые ячейки пены удерживали газ и препятствовали заполнению каналов водой.
Для оценки плавучести учёные ввели показатель «скелетной плотности». В отличие от обычного расчёта, он учитывает только части конструкции, вытесняющие воду: титановые стенки и герметичные каналы с пеной. Если такая плотность ниже плотности окружающей жидкости, решётка будет плавать даже при свободном прохождении воды через внешние отверстия.
При одинаковой общей плотности разработанный материал выдерживал на 70% большую нагрузку, чем нержавеющая сталь и полиэтилен высокой плотности. После двух недель в морской воде из бухты Порт-Филлип в Мельбурне его масса уменьшилась на 0,15%, а прочность снизилась менее чем на 1%. Напечатанный на 3D-принтере буй оставался устойчивым в турбулентном резервуаре при наклоне до 45 градусов без герметичного корпуса, защитного покрытия и дополнительной плавучей системы. Исследователи во главе с профессором Ма Цянем планируют увеличить размеры образцов и проверить их работу в течение более длительного времени в реальных морских и глубоководных условиях.