Het onderzoekslaboratorium van de luchtmacht, samen met onderzoekspartners van het Los Alamos National Laboratory, werken aan het veranderen van de vorm van materiaaltechnologie met een baanbrekende ontwikkeling die een nieuw scala aan mogelijkheden zou kunnen openen voor het leger en daarbuiten.

Via een door de Air Force Office of Scientific Research gefinancierde basisonderzoeksinspanning, het samenwerkende team ontwikkelde een 3D-geprinte schuimstructuur op basis van polymeer die reageert op de kracht van een schokgolf om als eenrichtingsschakelaar te fungeren, een lang gezocht doel in schokonderzoek.

Volgens AFRL Senior Materials Research Engineer Dr. Jonathan Spowart, deze nieuwe materiaalconfiguratie, hoewel in de vroege stadia van ontwikkeling, heeft het potentieel om opgeschaald te worden om op verschillende manieren te worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, ook voor de bescherming van constructies.

Spowart beschrijft het materiaal als een schuimachtige structuur die een reeks speciaal ontworpen kleine gaatjes bevat die de algemene gedragskenmerken bepalen. Over een periode van maanden, AFRL-experts gebruikten computermodellering om proeven uit te voeren om de meest effectieve gatgeometrieën te bepalen om de gewenste materiaalrespons te bereiken. Wanneer ze tot een veelbelovende configuratie zouden komen, Spowart zegt dat het team een ​​klein testartikel zou afdrukken, een platte plaat niet veel groter dan een potloodgum. Met de hulp van Los Alamos National Laboratory, werken op locatie bij de gebruikersfaciliteit van de Dynamic Compression Sector in het Argonne National Laboratory, ze zouden dan tests uitvoeren en het monster met behulp van röntgenstralen in beeld brengen om de prestaties te bepalen.

Vanaf daar, het AFRL-team zou de resultaten beoordelen en de materiaalconfiguratie verfijnen om het product verder te verfijnen door middel van aanvullende modellering en testen. Spowart beschreef het eindproduct als een reeks holle kegels. Wanneer deze kegels een schokgolf tegenkomen, ze vallen naar binnen, het vormen van straaluitsteeksels die vanaf de andere kant uitsteken. Deze jets lokaliseren de schokgolfenergie, wat de oorsprong is van het unieke richtingsgedrag van het materiaal.

Spowart zegt dat deze inspanning een belangrijke doorbraak in materiaaltechnologie betekent. Hij schrijft dit succes toe aan de samenwerking, communicatie, en expertise van de teams bij AFRL, Los Alamos, en Argonne Nationaal Laboratorium, evenals de financiering van basisonderzoek van AFOSR.

"De materiaaltechnologie kwam van AFRL, " hij zei, creditering van de modellerings- en materiaalexpertise van het projectteam. "De testfaciliteiten en testmethodologie kwamen uit Los Alamos. Dus als je de twee dingen samenvoegt, je krijgt een heel goed team."

Hij voegt eraan toe dat de opmerkelijke testbeeldvorming van het Argonne National Laboratory cruciaal was om het concept te bewijzen. Hij legde uit dat de Advanced Photon Source synchrotron van het laboratorium een ​​uniek apparaat is dat een zeer krachtige en geconcentreerde röntgenstraal op het testartikel afvuurt. waardoor frame-by-frame beeldvorming van een schokgolf die het monster binnendringt, die allemaal binnen een paar nanoseconden plaatsvinden.

"Deze nieuwe beeldvormingscapaciteit, samen met de nieuwe productietechnologie en computersimulaties, stelde het team in staat om beelden te verkrijgen en concepten te evalueren op manieren die een paar jaar geleden ver buiten bereik waren, " zei AFRL Senior Mechanical Engineer en teamlid Dr. Christopher Neel.

"De dynamische compressiesector is een unieke faciliteit die in-situ beeldvorming van dynamische gebeurtenissen mogelijk maakt, waardoor we ongekende informatie krijgen over de microstructurele effecten op dynamisch gedrag, " voegde Los Alamos National Laboratory-wetenschapper Bretagne Branch eraan toe, die de dynamische experimenten leidde. "Traditionele schokcompressiediagnostiek zou de lokalisatieverschijnselen die optreden tijdens schokcompressie niet ophelderen. We zouden een verschil in schoksnelheid zien met traditionele technieken, maar begrijp niet waarom. Deze experimenten waren erg spannend, sinds we voor het eerst een schokdiode hebben gedemonstreerd."

Spowart zei dat het team van plan is om hun bevindingen te publiceren en te werken aan de transitie van de technologie voor verdere rijping en integratie in bestaande systemen. waar hij gelooft dat deze technologie een enorm potentieel heeft. "We zijn erg enthousiast over deze inspanning en het teamwerk dat dit mogelijk heeft gemaakt. Dit is een geweldig voorbeeld van wat fundamenteel onderzoek kan doen om onze capaciteiten te versterken."