В Массачусетском технологическом институте созданы быстро собираемые и разбираемые структуры, которые так и хочется назвать новым шагом в использовании композитов в качестве конструкционных материалов.
Кеннет Ченг (Kenneth Cheung) и его коллеги уподобляют свою разработку чему-то вроде кольчуги: углепластиковые элементы соединяются друг с другом механически со множеством точек контакта, причём результирующая упругость на грамм веса получается вдесятеро лучше существующих ультралёгких материалов — до 12,3 МПа при плотности в 7,2 мг/см³. Это значит, что конструкции на такой основе при равной прочности будут в несколько раз легче обычных. Что особенно важно, сборка легко может быть произведена в обратном направлении, если часть конструкции потребуется заменить при ремонте.
Каждый элемент сборного материала может быть произведён массово и относительно быстро (за счёт малых размеров), причём на роботизированных линиях.
Сегодня обычные композиты — вроде тех, что используются во всяких хоккейных клюшках, теннисных ракетках и Boeing 787, — представляют собой цельную конструкцию, в которой армирующие волокна намертво объединены с наполнителем. Изделие производится целиком и затем целиком же высыхает, что требует огромных производственных площадей и уймы времени (на застывание пластикового наполнителя). Поскольку отдача от оборудования напрямую зависит от времени изготовления единицы продукции, там, где цена имеет значение, композиты приживаются трудно. Задумайтесь: крыло огромного боинговского авиалайнера надо выполнить целиком как одну деталь; то же самое справедливо для 62-метрового корпуса российского тральщика по проекту 12700 «Александрит».
Материаловеды обратились к такому подходу, решив разобраться со следующим странным, казалось бы, вопросом: а можно ли создать на 3D-принтере самолёт? Оказалось, это непрактично, и тогда специалисты вспомнили про структуры, внешне напоминающие продвинутый детский конструктор.
Как удаётся добиться возможности разборки нового материала без риска его самопроизвольного рассыпания на составляющие? Всё просто: он прочен в одном направлении приложения сил, совпадающем с внешними нагрузками в конструкции, и сравнительно легко разбирается, когда сила прилагается к его элементам под необычным углом.
Важнейшей чертой новых композитов называется иной характер их разрушения. Сейчас, если стекло- или углепластик будут перенапряжены, то деталь внезапно, в одночасье может треснуть, причём не чуть-чуть, а по всей длине-ширине. А вот новая структура при повышении нагрузки испытывает разрушения на другой манер: лопается только один элемент «трёхмерной решётки», другие остаются такими же прочными. Следовательно, не нужно выбрасывать всю композитную деталь, достаточно заменить один крошечный элемент, причём быстро и без всяких там клёпки со сваркой, как, скажем, при ремонте металлического кузова вашего «Хаммера».
Всё это открывает перед материалом возможность создания на его основе конструкций с зонами программируемой деформации — вроде тех, без которых не обходится ни один современный автомобиль.
