Материалы с пустотами: как томография раскрыла неожиданный эффект

Что, если бы вы могли заглянуть внутрь материала и увидеть, как он меняется в реальном времени под нагрузкой? Именно это сделали учёные Казанского федерального университета, применив новаторскую 4D-рентгеновскую компьютерную томографию к пористым изделиям, созданным методом послойного наплавления.

Технология, которая меняет правила игры

4D-томография — это не просто визуализация. Это революционный способ анализа, позволяющий отслеживать динамику изменений в структуре материалов в процессе деформации. Исследование КФУ стало первым в России примером использования этой методики для пористых конструкций, напечатанных по технологии FDM.

"Разработка учёных КФУ повысит точность оценки влияния пористости на свойства материалов. Разработанная оснастка для 4D-томографии продемонстрировала выдающиеся результаты", — отметили в Минобрнауки РФ.

Почему пористость так важна

Пористые материалы уже активно применяются в медицине (например, в имплантах), а также в аэрокосмической, автомобильной и энергетической отраслях.

Но вот в чём проблема: даже малейшие отклонения в размере или форме пор могут изменить механические характеристики изделия. Учёные доказали, что межслойные пустоты играют ключевую роль — особенно при начальных стадиях деформации.

Что показали эксперименты

Для анализа была разработана уникальная система нагружения, позволяющая отслеживать изменения структуры в режиме реального времени. Вот какие результаты были получены:

• При упругих деформациях больше всего меняется объём пор.
• При пластических — форма и ориентация.

На ранних этапах основное влияние на потерю упругости оказывают именно межслойные поры. Однако по мере увеличения деформации они "закрываются” и перестают быть критичными.

Моделирование следующего уровня

Один из важнейших результатов — возможность теперь учитывать эти микроструктурные изменения в численных моделях. Это означает более точные прогнозы по прочности, жёсткости и поведению материалов в реальных условиях.

Уточнения

Томогра́фия (др.-греч. τομή - сечение и γράφω - пишу) — получение послойного изображения внутренней структуры объекта.