I risultati della compressione in situ per una struttura di ottetto del 10% mostrano il grafico della forza in funzione dello spostamento per lo stesso campione di ottetto. A sinistra, la superficie della tomografia 3D senza carico e a destra, dopo l'inizio di una deformazione elastica.
I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno adattato modelli teorici per prevedere il comportamento di guasto di strutture reticolari 3D miniaturizzate e hanno utilizzato tecniche di caratterizzazione avanzate per dimostrare l'esistenza di questi guasti.
Nello specifico, gli esperimenti hanno mostrato una transizione nelle modalità di guasto per le strutture reticolari dominate dall'allungamento a bassa densità relativa. Comprendere la modalità di guasto dominante è fondamentale per l'implementazione di microtralicci leggeri poiché influenza la capacità di assorbimento di energia della struttura.
strutture reticolari leggere, come capriate, sono stati usati per secoli - si pensi ai ponti a cavalletto e alla Torre Eiffel come esempi comuni - a causa della loro bassa densità e dell'elevata resistenza specifica e rigidità. Con la produzione additiva (stampa 3D), questi tipi di strutture possono essere miniaturizzati a scale di lunghezza notevolmente inferiori. Però, gli scienziati non erano sicuri se i modelli, utilizzato per prevedere il comportamento di rottura di strutture leggere su larga scala, reggerebbe alle scale di lunghezza inferiore.
I ricercatori del LLNL Mark Messner (ora all'Argonne National Laboratory) e Holly Carlton hanno pubblicato questi risultati nel Journal of Mechanics and Physics of Solids e Acta Materialia , rispettivamente. Messner ha utilizzato un modello continuo equivalente di nuova concezione per prevedere il comportamento di guasto nelle strutture reticolari. Questo metodo, applicato a topologie di celle standard, prevede un compromesso tra una modalità di guasto dominata dalla resa più aggraziata e una modalità di guasto catastrofica dominata dall'instabilità a una densità relativa critica. Però, la densità relativa critica prevista nel suo modello teorico dipende da diverse ipotesi di modellazione che sono fortemente influenzate dal processo di fabbricazione.
A questo punto, Carlton ha condotto test di compressione quasi statica accoppiati con la tomografia in situ presso la sorgente di luce avanzata del Lawrence Berkeley National Laboratory. Questi esperimenti su strutture stampate in 3D miniaturizzate hanno catturato la deformazione in tempo reale nelle strutture reticolari delle cellule unitarie, che mostra in particolare una transizione in modalità di guasto dall'instabilità catastrofica allo snervamento a una bassa densità relativa (tra il 10-20 percento della densità apparente), che convalida le previsioni del modello di Messner.
Questi sono i primi studi in cui sono stati utilizzati modelli teorici per prevedere il guasto in strutture reticolari miniaturizzate e quindi testati sperimentalmente per valutare se queste previsioni reggono. Questi risultati hanno implicazioni sul modo in cui scienziati e ingegneri progettano e fabbricano strutture architettoniche per applicazioni future.
