สมรรถนะเทียบเท่าอะลูมิเนียม มหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลผลิตวัสดุโครงตาข่ายคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ

ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล (Seoul National University) ได้พัฒนาโครงสร้างวัสดุน้ำหนักเบาชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงทนทานเทียบเท่าวัสดุวิศวกรรม แต่มีน้ำหนักเบาดุจโฟม ทีมวิจัยใช้วิธีการที่เรียกว่า “การพันปมสามมิติ” (3D node winding) เพื่อสร้างโครงตาข่ายคาร์บอนไฟเบอร์ในระดับมีโซสเกล ซึ่งมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเทียบเท่าอะลูมิเนียม แต่มีน้ำหนักเพียงหนึ่งในร้อยของอะลูมิเนียม ผลการศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications แสดงให้เห็นถึงวิธีการใหม่ในการสร้างโครงสร้างน้ำหนักเบาที่มีความแข็งแรงสูง โดยไม่จำเป็นต้องใช้ข้อต่อหรือการประกอบซ้อนทับกัน

วิธีการนี้สามารถแก้ไขปัญหาสำคัญในการออกแบบโครงสร้างได้ นั่นคือ โครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนจำเป็นต้องประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนที่แยกจากกัน วิธีการนี้ไม่ต้องอาศัยการประกอบ แต่สร้างโครงสร้างให้เป็นระบบต่อเนื่อง ทำให้สามารถบรรลุทั้งความซับซ้อนทางเรขาคณิตและความสมบูรณ์เชิงกลไปพร้อมกัน

คิดใหม่เกี่ยวกับการผลิตโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง

ตั้งแต่อากาศยานไร้คนขับและหุ่นยนต์ ไปจนถึงยานพาหนะและระบบอวกาศ วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบามีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานต่างๆ ปัจจุบันวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีคือมีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา แต่มักผลิตขึ้นโดยการซ้อนชั้นบางๆ หรือประกอบชิ้นส่วนหลายชิ้น กระบวนการเหล่านี้จำกัดอิสระในการออกแบบ และสร้างจุดอ่อนที่รอยต่อระหว่างชั้นหรือระหว่างชิ้นส่วน

แม้แต่วิธีการที่ใหม่กว่า เช่น การพิมพ์สามมิติด้วยวัสดุคอมโพสิต ก็ยังต้องอาศัยการผลิตทีละชั้น ซึ่งทำให้เกิดรอยต่อภายในที่ขัดขวางการถ่ายเทน้ำหนัก ส่งผลให้ต้องมีการแลกเปลี่ยนระหว่างความซับซ้อนของโครงสร้างและความน่าเชื่อถือเชิงกล

ใช้เส้นใยเดี่ยวต่อเนื่องในการสร้างโครงสร้าง

เพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ ทีมวิจัยได้พัฒนาวิธีการผลิตที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง นั่นคือ แทนที่จะประกอบหรือซ้อนวัสดุ พวกเขาวางเส้นใยคาร์บอนเดี่ยวต่อเนื่องลงในพื้นที่สามมิติโดยตรงเพื่อกำหนดโครงสร้าง