Kirigami : une forme d'art japonaise contribue à créer un nouveau matériau léger

par VishGain

il y a 4 jours

Image : Avec l’aimable autorisation des chercheurs

Décrit comme semblable au « liège d'acier », le treillis en plaques développé par une équipe de scientifiques du MIT peut aider à créer des pièces solides et légères pour les avions, les voitures et les vaisseaux spatiaux.

Les scientifiques ont créé un nouveau type de matériau à base de métal, basé sur le kirigami – une ancienne forme d'art japonais consistant à plier et découper du papier – qui est plus léger que le liège.

Comme l'origami plus populaire, le kirigami est la pratique consistant à plier et découper du papier pour créer des formes 3D légères et fermes. En remplaçant le papier par des métaux, les scientifiques espèrent que ce matériau dit architecturé pourra avoir des propriétés mécaniques personnalisables.

"Ce matériau ressemble à du liège en acier", a déclaré le professeur Neil Gershenfeld, qui dirige le Center for Bits and Atoms du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et est l'auteur principal d'un nouvel article sur cette approche. "Il est plus léger que le liège, mais avec une résistance et une rigidité élevées."

Connu sous le nom de treillis de plaques, ce matériau a été construit à une échelle beaucoup plus grande que ce que les scientifiques avaient pu réaliser auparavant par fabrication additive. Les formes personnalisées permettent aux scientifiques de donner aux métaux ou à d’autres matériaux de nouvelles propriétés mécaniques.

Le document a été présenté cette semaine aux conférences techniques internationales sur l'ingénierie de conception et à la conférence sur les ordinateurs et l'information en ingénierie à Boston.

"Les treillis à plaques surpassent les treillis à poutres en termes de résistance et de rigidité tout en conservant le même poids et la même structure interne", a déclaré Alfonso Parra Rubio, l'un des co-auteurs principaux de l'article.

« [Sa] construction a été si difficile qu’il y a eu peu de recherches à l’échelle macro. Nous pensons que le pliage est une voie vers une utilisation plus facile de ce type de structure en plaques fabriquées à partir de métaux.

Parmi les autres derrière le document figurent Klara Mundilova, étudiante diplômée en génie électrique et informatique du MIT, David Preiss, étudiant diplômé au MIT et Erik Demaine, professeur d'informatique au MIT.

Grâce à cette méthode, l'équipe a produit des structures en aluminium avec une résistance à la compression de plus de 62 kilonewtons, mais un poids de seulement 90 kilogrammes par mètre carré. En revanche, le liège pèse environ 100 kilogrammes par mètre carré.

L’équipe a découvert que les structures étaient si solides qu’elles pouvaient résister à trois fois plus de force qu’une ondulation en aluminium classique. Cela signifie que cette technique pourrait aider les scientifiques à produire des composants plus légers et absorbant les chocs pour les avions, les voitures et les engins spatiaux.

« Pour fabriquer des choses comme des voitures et des avions, un investissement énorme est consacré à l'outillage. Ce processus de fabrication se fait sans outillage, comme l’impression 3D », a expliqué Gershenfeld. "Mais contrairement à l'impression 3D, notre processus peut fixer la limite des propriétés record des matériaux."

Mais la méthode utilisant des structures en treillis de plaques kirigami peut être difficile à modéliser.

"D'après mon expérience dans la production de projets architecturaux complexes, les méthodes actuelles de construction d'éléments incurvés et doublement incurvés à grande échelle sont gourmandes en matériaux et génèrent un gaspillage, et sont donc jugées peu pratiques pour la plupart des projets", a déclaré James Coleman, co-fondateur de la société de conception pour la fabrication et l'installation. SommePoint.

"Bien que la technologie des auteurs offre de nouvelles solutions aux industries aérospatiale et automobile, je pense que leur méthode basée sur les cellules peut également avoir un impact significatif sur l'environnement bâti", a-t-il ajouté.

Coleman, qui n'a pas participé à ce travail, pense que la capacité de fabriquer diverses géométries de treillis en plaques avec des propriétés spécifiques pourrait permettre des bâtiments plus performants et plus expressifs avec moins de matériaux.

« Adieu les lourdes structures en acier et en béton, bonjour les treillis légers ! »

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