Il Laboratorio di Ricerca dell'Aeronautica Militare, insieme ai partner di ricerca del Los Alamos National Laboratory, stanno lavorando per cambiare la forma della tecnologia dei materiali con uno sviluppo rivoluzionario che potrebbe aprire una nuova gamma di possibilità per i militari e non solo.

Attraverso uno sforzo di ricerca di base finanziato dall'Air Force Office of Scientific Research, il team collaborativo ha sviluppato una struttura in schiuma a base di polimeri stampata in 3D che risponde alla forza di un'onda d'urto per agire come un interruttore unidirezionale, un obiettivo a lungo ricercato nella ricerca sugli shock.

Secondo l'ingegnere senior della ricerca sui materiali AFRL, il dott. Jonathan Spowart, questa nuova configurazione materiale, anche se nelle prime fasi dello sviluppo, ha il potenziale per essere ampliato per essere utilizzato in modi diversi per una varietà di applicazioni, anche per la protezione delle strutture.

Spowart descrive il materiale come una struttura simile alla schiuma che contiene una serie di minuscoli fori appositamente progettati che determinano le caratteristiche comportamentali complessive. Per un periodo di mesi, Gli esperti AFRL hanno utilizzato la modellazione al computer per eseguire prove per determinare le geometrie dei fori più efficaci per ottenere la risposta del materiale desiderata. Quando sarebbero arrivati ​​a una configurazione promettente, Spowart dice che il team stamperebbe un piccolo articolo di prova, un piatto piano non molto più grande di una gomma da matita. Con l'aiuto del Laboratorio Nazionale di Los Alamos, lavorando in loco presso la struttura utente del settore della compressione dinamica presso l'Argonne National Laboratory, avrebbero quindi condotto test e visualizzato il campione utilizzando i raggi X per determinare le prestazioni.

Da li, il team AFRL avrebbe esaminato i risultati e messo a punto la configurazione del materiale per perfezionare ulteriormente il prodotto attraverso ulteriori modelli e test. Spowart ha descritto il prodotto finale come contenente una serie di coni cavi. Quando questi coni incontrano un'onda d'urto, crollano verso l'interno, formando protuberanze a getto che sporgono dal lato opposto. Questi getti localizzano l'energia delle onde d'urto, che è l'origine del comportamento direzionale unico del materiale.

Spowart afferma che questo sforzo rappresenta una svolta significativa nell'ingegneria dei materiali. Attribuisce questo successo alla collaborazione, comunicazione, e competenza dei team di AFRL, Los Alamos, e Laboratorio Nazionale Argonne, così come i finanziamenti per la ricerca di base dell'AFOSR.

"La tecnologia dei materiali è arrivata da AFRL, " Egli ha detto, accreditando le competenze di modellazione e materiali del team di progetto. "Le strutture di test e la metodologia di test provengono da Los Alamos. Quindi, quando metti insieme le due cose, hai davvero una buona squadra".

Aggiunge che il notevole test di imaging fornito dall'Argonne National Laboratory è stato fondamentale per dimostrare il concetto. Ha spiegato che il sincrotrone Advanced Photon Source del laboratorio è un pezzo unico di attrezzatura che spara un raggio di raggi X molto potente e concentrato sull'articolo di prova, consentendo l'imaging fotogramma per fotogramma di un'onda d'urto che penetra nel campione, tutto ciò avviene in pochi nanosecondi.

"Questa nuova capacità di imaging, insieme alla nuova tecnologia di produzione e alle simulazioni al computer, ha permesso al team di ottenere immagini e valutare concetti in modi che erano ben irraggiungibili solo pochi anni fa, " ha affermato il Dr. Christopher Neel, ingegnere meccanico senior dell'AFRL e membro del team.

"Il settore della compressione dinamica è una struttura unica che consente l'imaging in situ di eventi dinamici fornendoci informazioni senza precedenti sugli effetti microstrutturali sul comportamento dinamico, " ha aggiunto lo scienziato del laboratorio nazionale di Los Alamos Brittany Branch, che ha condotto gli esperimenti dinamici. "La diagnostica tradizionale della compressione d'urto non chiarirebbe i fenomeni di localizzazione che si verificano durante la compressione d'urto. Vedremmo una differenza nella velocità d'urto con le tecniche tradizionali, ma non capisco perché. Questi esperimenti sono stati molto eccitanti, da quando abbiamo dimostrato per la prima volta un diodo d'urto".

Spowart ha affermato che il team prevede di pubblicare i propri risultati e di lavorare per la transizione della tecnologia per un'ulteriore maturazione e integrazione nei sistemi esistenti, dove crede che questa tecnologia abbia un enorme potenziale. "Siamo molto entusiasti di questo sforzo e del lavoro di squadra che lo ha reso possibile. Questo è un ottimo esempio di ciò che la ricerca di base può fare per rafforzare le nostre capacità".