El Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, junto con socios de investigación en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, están trabajando para cambiar la forma de la tecnología de materiales con un desarrollo revolucionario que podría abrir una nueva gama de posibilidades para el ejército y más allá.

A través de un esfuerzo de investigación básica financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, El equipo colaborativo desarrolló una estructura de espuma a base de polímero impresa en 3D que responde a la fuerza de una onda de choque para actuar como un interruptor unidireccional. un objetivo buscado durante mucho tiempo en la investigación del impacto.

Según el Dr. Jonathan Spowart, ingeniero senior de investigación de materiales de AFRL, esta nueva configuración de material, aunque en las primeras etapas de desarrollo, tiene el potencial de ampliarse para ser utilizado de diferentes maneras para una variedad de aplicaciones, incluso para la protección de estructuras.

Spowart describe el material como una estructura similar a una espuma que contiene una serie de pequeños orificios diseñados específicamente que determinan las características generales de comportamiento. Durante un período de meses, Los expertos de AFRL utilizaron modelos por computadora para ejecutar pruebas para determinar las geometrías de orificios más efectivas para lograr la respuesta deseada del material. Cuando llegaran a una configuración prometedora, Spowart dice que el equipo imprimiría un pequeño artículo de prueba, un plato plano no mucho más grande que un borrador de lápiz. Con la ayuda del Laboratorio Nacional de Los Alamos, trabajando en el sitio en las instalaciones del usuario del Sector de Compresión Dinámica en el Laboratorio Nacional de Argonne, luego realizarían pruebas y tomarían imágenes de la muestra utilizando rayos X para determinar el rendimiento.

Desde allí, el equipo de AFRL revisaría los resultados y afinaría la configuración del material para refinar aún más el producto a través de modelos y pruebas adicionales. Spowart describió el producto final como que contiene una serie de conos huecos. Cuando estos conos encuentran una onda de choque, colapsan hacia adentro, formando protuberancias de chorro que se proyectan desde el lado opuesto. Estos chorros localizan la energía de la onda de choque, que es el origen del comportamiento direccional único del material.

Spowart dice que este esfuerzo representa un avance significativo en la ingeniería de materiales. Atribuye este éxito a la colaboración, comunicación, y experiencia de los equipos de AFRL, Los Alamos, y Laboratorio Nacional Argonne, así como la financiación de la investigación básica de AFOSR.

"La tecnología de materiales vino de AFRL, " él dijo, acreditando la experiencia en modelado y materiales del equipo del proyecto. "Las instalaciones de prueba y la metodología de prueba provienen de Los Alamos. Entonces, cuando se juntan las dos cosas, tienes un equipo realmente bueno ".

Añade que la extraordinaria imagen de prueba proporcionada por el Laboratorio Nacional Argonne fue crucial para probar el concepto. Explicó que el sincrotrón de fuente de fotones avanzada del laboratorio es un equipo único que dispara un haz de rayos X muy potente y concentrado en el artículo de prueba. permitiendo la obtención de imágenes fotograma a fotograma de una onda de choque que penetra en la muestra, todo lo cual ocurre en unos pocos nanosegundos.

"Esta nueva capacidad de generación de imágenes, junto con la nueva tecnología de fabricación y simulaciones por ordenador, permitió que el equipo obtuviera imágenes y evaluara conceptos de maneras que estaban fuera de su alcance hace solo unos años, ", dijo el Dr. Christopher Neel, ingeniero mecánico senior de AFRL y miembro del equipo.

"El Sector de Compresión Dinámica es una instalación única que permite obtener imágenes in situ de eventos dinámicos que nos brindan información sin precedentes sobre los efectos microestructurales sobre el comportamiento dinámico, "agregó Brittany Branch, científica del Laboratorio Nacional de Los Alamos, quien dirigió los experimentos dinámicos. "Los diagnósticos de compresión de choque tradicionales no aclararían los fenómenos de localización que ocurren durante la compresión de choque. Veríamos una diferencia en la velocidad de choque con las técnicas tradicionales, pero no entiendo por qué. Estos experimentos fueron muy emocionantes, desde que demostramos un diodo de choque por primera vez ".

Spowart dijo que el equipo planea publicar sus hallazgos y trabajar hacia la transición de la tecnología para una mayor maduración e integración en los sistemas existentes. donde cree que esta tecnología tiene un potencial tremendo. "Estamos muy entusiasmados con este esfuerzo y el trabajo en equipo que lo hizo posible. Este es un gran ejemplo de lo que la investigación básica puede hacer para fortalecer nuestras capacidades".