W inżynierii materiałowej nie jest łatwo pogodzić wytrzymałość mechaniczną z pływalnością. Metaliczne metamateriały o strukturze lattice cieszą się rosnącym zainteresowaniem ze względu na obiecujące właściwości pod kątem zastosowań w różnych gałęziach wytwórczości. Jednak pomimo niskiej gęstości, nawet dziesięciokrotnie niższej od gęstości wody, ze względu na otwartą strukturę komórkową, dotychczasowe metamateriały o architekturze sieciowanej nie uzyskiwały pływalności wymaganej do zastosowań w przemyśle morskim czy branży offshore.
Naukowcy z RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) na łamach czasopisma Advanced Materials przedstawili propozycję nowej konfiguracji struktury lattice, stanowiącej połączenie metalicznego szkieletu ze stopu tytanu z polimerowym wypełnieniem, w celu zagwarantowania pływalności przy zachowaniu wytrzymałości mechanicznej.
W architekturze materiału wykorzystano strukturę sieciowaną typu HSL (hollow-strut lattice), wykonaną przyrostowo w technice LPBF z wypełnieniem prętów poliuretanową pianką. Konfiguracja pozwala cieczy przepływać przez otwartą przestrzeń międzykomórkową, podczas gdy sam szkielet pozostaje wodoodporny, a całość utrzymuje się na wodzie. Analiza budowy i własności prezentowanego metamateriału zainspirowała nową metodę kalkulacji pływalności materiału w oparciu o tzw. gęstość szkieletową, wykluczającą wolną przestrzeń z obliczeń objętości. Przedstawiona struktura lattice cechuje się gęstością szkieletową na poziomie poniżej 1 g/cm3, gwarantującym pływalność. Jednocześnie wykazuje o 70% wyższą wytrzymałość mechaniczną od struktur o analogicznej gęstości całkowitej, zarówno wykonanych z polietylenu HDPE, jak i ze stali nierdzewnej 316L.
Potencjał opracowanej struktury zademonstrowano na przykładzie bojki o konstrukcji kratownicowej, zachowującej pływalność mimo braku szczelnego poszycia, również po doznaniu uszkodzeń mechanicznych. Wynalazek otwiera drogę rozwoju nowego typu pływających konstrukcji, łączących niską masę z wytrzymałością mechaniczną.
rmit.edu.au
J. Noronha, J. Tallon, R. Omar, et al.: Breaking the Surface: Buoyant Metal–Polymer Open–Cell Hybrid Lattice Metamaterials, Advanced Materials (2026): e74641
