Le laboratoire de recherche de l'armée de l'air, avec des partenaires de recherche du Laboratoire national de Los Alamos, travaillent à changer la forme de la technologie des matériaux avec un développement révolutionnaire qui pourrait ouvrir une nouvelle gamme de possibilités pour l'armée et au-delà.

Grâce à un effort de recherche fondamentale financé par le Bureau de la recherche scientifique de l'Air Force, l'équipe collaborative a développé une structure en mousse à base de polymère imprimée en 3D qui réagit à la force d'une onde de choc pour agir comme un interrupteur unidirectionnel, un objectif longtemps recherché dans la recherche sur les chocs.

Selon l'ingénieur principal de recherche sur les matériaux de l'AFRL, le Dr Jonathan Spowart, cette nouvelle configuration matérielle, bien qu'à ses premiers stades de développement, a le potentiel d'être étendu afin d'être utilisé de différentes manières pour une variété d'applications, y compris pour la protection des structures.

Spowart décrit le matériau comme une structure semblable à de la mousse qui contient une série de minuscules trous spécialement conçus qui déterminent les caractéristiques comportementales globales. Sur une période de plusieurs mois, Les experts de l'AFRL ont utilisé la modélisation informatique pour effectuer des essais afin de déterminer les géométries de trous les plus efficaces pour obtenir la réponse matérielle souhaitée. Quand ils arriveraient à une configuration prometteuse, Spowart dit que l'équipe imprimerait un petit article de test, une assiette plate pas beaucoup plus grosse qu'une gomme à crayon. Avec l'aide du Laboratoire national de Los Alamos, travaillant sur site à l'installation utilisateur du secteur de compression dynamique au laboratoire national d'Argonne, ils effectueraient ensuite des tests et imageraient l'échantillon à l'aide de rayons X pour déterminer les performances.

De là, l'équipe AFRL examinerait les résultats et affinerait la configuration du matériau pour affiner davantage le produit grâce à une modélisation et des tests supplémentaires. Spowart a décrit le produit final comme contenant une série de cônes creux. Lorsque ces cônes rencontrent une onde de choc, ils s'effondrent vers l'intérieur, formant des saillies de jet qui font saillie du côté opposé. Ces jets localisent l'énergie de l'onde de choc, qui est à l'origine du comportement directionnel unique du matériau.

Spowart dit que cet effort représente une percée significative dans l'ingénierie des matériaux. Il attribue ce succès à la collaboration, la communication, et l'expertise des équipes de l'AFRL, Los Alamos, et Laboratoire National d'Argonne, ainsi que le financement de la recherche fondamentale de l'AFOSR.

« La technologie des matériaux est venue de l'AFRL, " il a dit, créditer l'expertise de modélisation et de matériaux de l'équipe du projet. « Les installations de test et la méthodologie de test sont venues de Los Alamos. Ainsi, lorsque vous mettez les deux choses ensemble, vous obtenez une très bonne équipe."

Il ajoute que l'imagerie de test remarquable fournie par le Laboratoire national d'Argonne a été cruciale pour prouver le concept. Il a expliqué que le synchrotron Advanced Photon Source du laboratoire est une pièce d'équipement unique qui tire un faisceau de rayons X très puissant et concentré sur l'article de test, permettre une imagerie image par image d'une onde de choc pénétrant dans l'échantillon, tout cela se produit en quelques nanosecondes.

« Cette nouvelle capacité d'imagerie, avec la nouvelle technologie de fabrication et les simulations informatiques, a permis à l'équipe d'obtenir des images et d'évaluer des concepts d'une manière qui était bien hors de portée il y a quelques années à peine, " a déclaré le Dr Christopher Neel, ingénieur en mécanique principal de l'AFRL et membre de l'équipe.

"Le Secteur de la Compression Dynamique est une installation unique qui permet l'imagerie in-situ d'événements dynamiques nous donnant des informations sans précédent sur les effets microstructuraux sur le comportement dynamique, " a ajouté Brittany Branch, scientifique du Laboratoire national de Los Alamos, qui a dirigé les expériences dynamiques. "Les diagnostics traditionnels de compression de choc n'élucideraient pas les phénomènes de localisation qui se produisent lors de la compression de choc. Nous verrions une différence de vitesse de choc avec les techniques traditionnelles, mais pas compris pourquoi. Ces expériences étaient très excitantes, puisque nous avons fait la démonstration d'une diode de choc pour la première fois."

Spowart a déclaré que l'équipe prévoyait de publier ses conclusions et de travailler à la transition de la technologie pour une maturation et une intégration plus poussées dans les systèmes existants, où il pense que cette technologie a un potentiel énorme. "Nous sommes très enthousiastes à propos de cet effort et du travail d'équipe qui l'a rendu possible. C'est un excellent exemple de ce que la recherche fondamentale peut faire pour renforcer nos capacités."