Díky 3D tisku lze i plastu dodat neprůstřelnost

TLDR: Specifický typ návrhu vnitřní konstrukce může dodat i plastové kostce vyšší pevnost v tlaku. Platí to nejen v mikro, ale i makrosvětě. Studie tu.

Neprostřelitelná kostička

O 3D tisku se stále často mluví kvůli jeho anarchaistickému potenciálu, že si doma budete moct vytisknout nádobí/auto/atomovku. Pro nejbližší dekády jde samozřejmě o pitominu, protože minimálně další dvě věci ze seznamu jsou tvořeny víc než jedním materiálem. Nicméně, zajímavější bude zřejmě 3D tisk spíše kvůli tomu, že díky němu možná objevíme některé fortelnější vlastnosti starých materiálů. Tak, jako v případě „neprůstřelných“ kostiček, které vytvořili v roce 2019 skrze 3D tisk výzkumníci z Rice University.

Vědátoři přesněji vytvořili dvě plastové kostky – jednu z plného kusu polymeru a druhou pak z porézního polymeru potištěného trubkovitou strukturou, kterou si ještě popíšeme níže. Když na své vytištěné kostičky následně podívali, nenapadlo je nic lepšího než vzít kvér a začít do nich střílet. Obě kostky v rámci testů pevnosti zasáhl projektil rychlostí 5,8 km/s. Mimo jiné.

Ani jednu neprostřelil – ale s porézním polymerem měl daleko více práce. Zatímco pevná kostka popraskala, porézní, 3D vytištěná struktura odolávala nárazu mnohem lépe. Zdálo by se, že poréznost pevnosti neprospěje. ALe právě ona hustá síť uvnitř kostky byla s to lépe absorbovat kinetickou energii z nárazu, takže poškozena byla jenom malá plocha. Testů bylo v součtu provedeno více, a „neprůstřelnost“ je samozřejmě také značně závislá na kalibru. Ale jako demonstrace vyšší pevnosti v tlaku nejspíše tenhle příklad postačí.

Samotný hlavní poznatek popravdě není zase tak šokantní. Když do plastu vetknete různé vzpěry a sloupce, tak, ano, bude mít určitě fortelný tvar. Nyní to, pravda, poprvé někdo skutečně demonstroval, a to si rozhodně zaslouží potlesk! Na první pohled by ale bylo možné namístnout, že neprůstřelný je plast jaksi běžně – tedy od určité tloušťky a tudíž pevnosti v tlaku. Když budete mít metr tlustý plast, tak bude určitě také neprůstřelný! Nejspíše dokonce od větší ráže než v této práci. Vědátoři z Rice ale nezvolili tvary tisknutých předmětů jen tak od oka.

Z menších škál nahoru

Návodem byly algoritmy optimalizované k tomu, aby došlo na maximalizaci kýžené pevnosti v tlaku. Už to samo o sobě slibuje v rámci metodiky zajímavé možnosti! Zatímco doposud jsem byl vůči vynálezům jako „3D tisk budov“ spíše skeptický (už jen protože práce s betonem tak trochu 3D tisk dávno je), nyní se začíná objevovat zajímavější možnost. Mohli bychom totiž v rámci onoho 3D tisku nejspíše již s existujícími materiály dosáhnout doposud neznámých stavebních možností. Za méně materiálu by tak třeba bylo možné dosáhnout mnohem vyšší pevnosti!

Tím však objev nekončí. Pod komplexní tvary se neukrývá jen algoritmus sám, ale i princip jeho vypracování. Vzorec vetknutý do plastu je inspirován teoretickými mikrostrukturami uhlíkových nanotrubic známý jako tubulane. S tím v roce 1993 přišli chemici Ray Baughman a Doughlas Galvão. Uhlíkové nanotrubice samozřejmě dávno existují, ale je a bude ještě dlouho problém je vytvářet v takové škále, kdy by z nich bylo možné postavit třeba byť jen židli, natožpak třeba kosmický výtah…

Víte, co to všechno znamená?!

Zdroj: Česká televize, vlastní

Ještě uvidíme

Jenže! Vlastnosti tubulánků zjevně nefungují pouze v mikrosvětě, ale i makrosvětě, jak ukazují právě neprůstřelné plastové krychličky. Jak dalece to půjde škálovat, je samozřejmě otázkou. Nejsem jediný, koho při pohledu na nové vlastnosti starých materiálů napadl právě kosmický výtah. Což je právě ono škálování ad absurdum. Kdyby nám však 3D tisk otevřel v dohledné době alespoň vyšší, levnější a snáze postavitelné budovy, i to by byl důvod k tomu, aby jej stavaři začali aplikovat ve velkém.

Leckoho napadly při pohledu na práci i plastové tanky, nemá však fakticky důvod hnát to do extrémů. Nicméně, pokud se ukáže, že i kov má díky tubulanům vyšší pevnost, může samozřejmě dojít na vznik výrazně lehčích tančíků, letadel, raket! Pro ona osvoboditelská očekávání od 3D tisku by to byla poněkud ironická pointa, ale cesty technologií jsou zpráva nevyzpitatelné!

Nakonec možná můžeme vyzkoušet i ten výtah – ač reálně spíše na Měsíci. A samozřejmě s jinými materiály, že s aktuálním plastem. Zdá se však, že právě 3D tisk bude s to naučit staré materiály ještě pár dalším, novým kouskům!

Vzniklo původně v roce 2019. 

[Ladislav Loukota, JRN]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!