Diseño de enclavamiento, fabricación láser programable y pruebas para cerámica arquitectónica

Oct 07, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 17330 (2022) Citar este artículo

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Los sistemas cerámicos duros y resistentes a los impactos ofrecen una amplia gama de oportunidades notables más allá de las que ofrecen las cerámicas frágiles convencionales. Sin embargo, a pesar de su promesa, la disponibilidad de la técnica de fabricación tradicional para fabricar estructuras cerámicas tan avanzadas de una manera altamente controlable y escalable plantea un cuello de botella de fabricación significativo. En este estudio, se utilizó un sistema de fabricación láser programable y preciso para fabricar cerámicas entrelazadas topológicamente. Esta estrategia de fabricación ofrece mecanismos viables para una arquitectura de materiales precisa y un control cuantitativo del proceso, especialmente cuando se considera la escalabilidad. Se empleó un método optimizado de remoción de material que se aproxima a la conformación casi neta para fabricar sistemas cerámicos topológicamente entrelazados (ensamblajes de carga de bloques de construcción que interactúan por contacto y fricción) con diferentes arquitecturas (es decir, ángulos de enclavamiento y tamaños de bloques de construcción) sujetos a baja presión. condiciones de impacto de velocidad. Estos impactos se evaluaron mediante la correlación de imágenes digitales en 3D. Las cerámicas entrelazadas óptimas exhibieron una deformación mayor (hasta 310%) que las otras entrelazadas ventajosas para protecciones flexibles. Su rendimiento se ajustó controlando el ángulo de enclavamiento y el tamaño del bloque, ajustando el deslizamiento por fricción y minimizando el daño a los bloques de construcción. Además, la técnica de fabricación sustractiva desarrollada conduce a la fabricación de sistemas cerámicos fuertes, resistentes a impactos y tolerantes a daños con excelente versatilidad y escalabilidad.

Los sistemas cerámicos fuertes y resistentes a los impactos representan una revolución continua en materiales y estructuras para aplicaciones aeroespaciales, marinas, automotrices, de construcción y blindaje1. Sus excelentes propiedades (por ejemplo, baja densidad, alta resistencia a la compresión, alta estabilidad térmica y alta resistencia a la oxidación y la corrosión), así como una mayor tenacidad y resistencia a múltiples impactos, ofrecen ventajas únicas sobre los sistemas cerámicos rígidos convencionales. Entre numerosas posibilidades, las cerámicas resistentes han surgido como candidatas ideales para las condiciones termomecánicas extremas, como los sistemas de protección térmica en motores de turbina de gas, borde de ataque o componentes de motores de tobera2. Las cerámicas arquitectónicas, en particular, han atraído una atención significativa debido a su alto rendimiento mecánico (es decir, rígido, tenaz, resistente a múltiples impactos y tolerante al daño) en aplicaciones de ingeniería avanzada3. La naturaleza rígida y quebradiza intrínseca a nivel de componente individual puede traducirse con éxito en una dureza mejorada a nivel estructural general a través de la bioinspiración, como se ve en materiales biológicos como el hueso4, el nácar5, el esmalte dental6 o las espículas de esponja7. De las estrategias de bioinspiración que ofrecen una mejora de la dureza, el "concepto de enclavamiento topológico" consta de bloques de construcción duros y rígidos unidos a lo largo de interfaces débiles8,9,10. El desafío radica en la fabricación precisa y escalable industrialmente de tales estructuras mejoradas mecánicamente8,11,12,13.

Las tecnologías avanzadas de fabricación sustractiva y aditiva han surgido como soluciones prometedoras para la fabricación de cerámica arquitectónica con diseños arquitectónicos sofisticados14,15. La técnica de fabricación sustractiva considerada abarca el uso de sistemas láser avanzados para desarrollar arquitecturas tridimensionales (3D) en materiales frágiles (por ejemplo, vidrio), lo que resulta en una resistencia mejorada contra cargas de impacto cuasiestáticas y de baja velocidad16. Sin embargo, existen inconvenientes considerables en el uso de tecnologías de fabricación sustractiva para el mecanizado de materiales frágiles. Los ejemplos de estos obstáculos de ingeniería incluyen la complejidad de la optimización de los parámetros del proceso para varias y diferentes configuraciones de láser, composiciones y espesores de materiales y objetivos geométricos/topológicos. Ha habido una investigación significativa sobre los efectos paramétricos de varios parámetros del láser de fibra, incluido el efecto de la fluencia en la tasa de ablación17,18, el paso de la trama en la rugosidad de la superficie19 y la velocidad transversal y la posición focal en la calidad del corte20. Los hallazgos de esta investigación han llevado a la minimización de ondulaciones y la eliminación de grietas durante el corte por ablación. Aunque se han realizado muchos estudios sobre el diseño y ensamblaje (p. ej., mecanizado, fundición o fabricación aditiva) de vidrios o cerámicas entrelazados topológicamente10,21, se ha prestado menos atención al desarrollo de técnicas de fabricación sustractiva precisas, casi netas y escalables industrialmente para fabricar tales cerámicas arquitectónicas.

En este estudio, se utilizó una herramienta de fabricación eficaz y eficiente que ofrece un sistema de eliminación de material de conformación casi neto para fabricar cerámicas entrelazadas topológicamente. Se utilizó un sistema de láser de fibra pulsada de picosegundos para controlar la conicidad del corte (ángulo de corte) y lograr cortes profundos y de alta calidad (es decir, las interfaces débiles) con un período de fabricación reducido. Para esta investigación se eligieron paneles interconectados topológicamente, con varios tamaños de bloques de construcción y ángulos de interconexión probados. Los paneles se sometieron a cargas de impacto de baja velocidad para evaluar las características de deflexión de las arquitecturas diseñadas. Los mecanismos de deformación y endurecimiento se exploraron más a fondo para desarrollar una comprensión de la relación estructura-propiedad de cada uno de los paneles fabricados. Si bien este trabajo se enfoca en la implementación de paneles entrelazados topológicamente, se puede desarrollar una amplia gama de geometrías arquitectónicas utilizando los métodos delineados.

La fabricación de paneles cerámicos entrelazados topológicamente es un proceso complejo que requiere una comprensión fundamental de las propiedades ópticas del sustrato (es decir, la alúmina). Un método desarrollado previamente22,23 utilizó un patrón de oscilación circular controlado por el escáner láser para minimizar la acumulación de calor residual, la formación de microfisuras y los cambios en las propiedades del material. Se utilizó un láser de fibra de picosegundos de iterbio (YLPP-25-3-50-R, IPG Photonics, EE. UU.) para el proceso de mecanizado por láser (ver Fig. 1a, b). Se llevó a cabo un estudio paramétrico para evaluar la calidad y la precisión de los cortes para garantizar que los ángulos de enclavamiento deseados pudieran fabricarse de manera efectiva. El control de la conicidad de la ranura en las muestras de alúmina se logró así a través de parámetros de escaneo seleccionados. El ángulo de enclavamiento de los cortes ablacionados con perfiles en forma de "V" se puede determinar utilizando \(\theta =\mathrm{arctan}\left(\frac{W}{2\mathrm{H}}\right)\), un función del espesor del panel (H) y la amplitud del bamboleo (W). Los datos recopilados de varios experimentos de ablación se representan frente a la aproximación geométrica, como se muestra en la Fig. 1a. Los datos experimentales graficados muestran una fuerte correlación con la formulación teórica para las amplitudes de oscilación probadas, lo que ilustra la metodología para el control del ángulo de enclavamiento y la conicidad de la ranura. Por ejemplo, un corte completo que utilice un rango de amplitudes de oscilación de 0,3 a 2,0 mm teóricamente podría producir ángulos de enclavamiento que oscilan entre 3,4° y 21,5°. Sin embargo, existe un límite práctico para las amplitudes de oscilación inferiores a 1,0 mm debido al recorte de los puntos láser incidentes por las superficies cónicas de los cortes. El fenómeno de recorte desenfoca parte del punto láser durante el corte, lo que reduce la densidad de energía del área de corte. Con amplitudes de oscilación decrecientes, el recorte es más significativo, lo que dificulta la capacidad del láser para eliminar material dentro de la región de corte y realizar cortes completos en paneles cerámicos de 2,54 mm de espesor. Por lo tanto, los largos tiempos de procesamiento resultantes de la disminución de la eficiencia no dan como resultado el ángulo de enclavamiento previsto por las amplitudes de oscilación de 0,5 mm o menos viable para profundidades de corte superiores a 1,2 mm. Finalmente, a medida que aumenta la amplitud de la oscilación circular, el recorte del haz disminuye debido a la geometría de corte más ancha. Por lo tanto, solo se pueden lograr cortes más profundos para las amplitudes de oscilación más grandes con las 220 pasadas que se requirieron para cortar la baldosa cerámica de 2,54 mm de espesor (usando una amplitud de oscilación de 1,5 mm).

(a) Dependencia geométrica del ángulo de enclavamiento con el grosor del panel, (b) el sistema láser y su equipo, (c) esquema de perfiles de corte desarrollados y (d) formas circulares del patrón de oscilación y sus parámetros.

En la Fig. 1a-d se propone un enfoque para predecir una arquitectura de alta calidad, en función de las amplitudes de oscilación, la frecuencia de oscilación, la velocidad transversal lineal y el número de pasadas. En primer lugar, al ingresar un ángulo de enclavamiento (θ) y el grosor de la baldosa cerámica (H), se puede calcular un conjunto de amplitudes de oscilación factibles en la práctica en función de \(\theta =\mathrm{arctan}\left(\frac{W} {2\mathrm{H}}\right)\), donde W es el ancho del corte láser (o amplitud de oscilación). Para priorizar la tasa de eliminación de material sobre el tiempo de procesamiento, se elige un conjunto de bajas frecuencias de oscilación y velocidades lineales correspondientes, de modo que el paso de oscilación sea inferior o igual a 30 µm para minimizar los artefactos cerámicos a lo largo de la línea de corte y mantener una calidad de corte aceptable. A continuación, se determina el número específico de pasadas en función de la amplitud para obtener el ángulo de enclavamiento final. Finalmente, el ángulo de enclavamiento experimental se puede comparar con las entradas iniciales para ajustar la amplitud de oscilación o el número de pasadas.

Los paneles de cerámica de alúmina (dimensiones = 113,24 × 113,24 × 2,54 mm3, cerámica de alúmina no porosa cocida de alta tolerancia con una composición de material del 96 % y una densidad de 3875 kg/m3, McMaster-Carr) se cortaron en paneles cuadrados más pequeños con una sierra de diamante (M0D31, Struers, Dinamarca). Los paneles cuadrados se cortaron de manera que las dimensiones finales de los paneles topológicamente entrelazados finales fueran de 50 × 50 mm2. Los datos de la Tabla 1 transmiten el tamaño de los paneles cuadrados en función de la conicidad de corte objetivo o el ángulo de enclavamiento. Además, se presenta la dependencia de la conicidad de la ranura con la amplitud de oscilación del patrón láser circular. La figura 2 ilustra los pasos de fabricación para fabricar el panel de alúmina interconectado topológicamente utilizando el láser de picosegundos. Se cortan dos líneas, separadas por el parámetro β, a través de las muestras de alúmina (es decir, > 2,54 mm). Por ejemplo, se apunta a un ángulo de enclavamiento final de 15° y se establece la amplitud de oscilación correspondiente de 1,337 mm. Esto produjo un ángulo de corte medido de 30º de la muestra de corte completo. Luego, la muestra cuadrada se gira 90° sobre el eje vertical y se voltea en el lado inferior para mecanizar dos cortes adicionales a través de la muestra. El panel de enclavamiento final se ensambla girando las tejas del borde como se muestra en la Fig. 2b. Luego, la muestra se encintó y se transfirió a un accesorio de acero equipado con pernos de potencia que se ajustaron para confinar los paneles sin aplicar compresión previa. Una vez que se colocaron los bloques de construcción en el accesorio, se retiró la cinta.

(a) Fabricación de una cerámica entrelazada topológicamente de 15 ° utilizando el sistema de eliminación de material por láser. El patrón circular se ha exagerado para su visualización; en realidad, el diámetro corresponde al ancho de corte. (b) Esquema de la configuración de ensamblaje para un panel arquitectónico y el accesorio. Los cuatro perfiles con los tornillos de potencia a los lados de la estructura se utilizaron para imponer un confinamiento fijo en el plano requerido para el enclavamiento y (c) el espacio entre líneas para lograr un panel de enclavamiento de 50 × 50 mm2.

El esquema de procesamiento láser desarrollado se ha basado en trabajos anteriores que implican el uso de un patrón de oscilación circular para lograr cortes profundos de precisión. La ablación para profundidades de hasta 2,54 mm requiere el ajuste de parámetros durante el proceso del láser, aumentos primarios en la densidad de energía del láser y la posición focal. Los cortes en ángulos poco profundos (p. ej., 20° o menos) requieren mayores tiempos de procesamiento debido a las menores tasas de remoción de material y el ajuste de parámetros consecutivos en comparación con los cortes en ángulos más anchos (p. ej., 25° y 30°). El esquema implementado para el sistema láser de picosegundos específico utilizado se muestra en la Tabla 2. La densidad de energía de los cortes ablacionados se modificó al disminuir la frecuencia y la velocidad del bamboleo para lograr una remoción adecuada de material a mayores profundidades. Para ángulos menos profundos, estos se ajustaron varias veces para lograr cortes pasantes. La posición focal se modificó después de 300 pases para volver a enfocar el haz gaussiano en la geometría de corte en la superficie de alúmina. Para los ángulos más amplios, solo fue necesario un paso de ajuste para lograr cortes pasantes. En consecuencia, el tiempo de procesamiento para fabricar cada panel depende del ángulo de enclavamiento y del número de tejas. Los paneles que usan losetas entrelazadas de 3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7 usan diferentes longitudes de línea y espacios entre líneas para garantizar que la dimensión final del panel entrelazado sea consistente de 50 × 50 mm2. Estas dimensiones se calculan utilizando las relaciones geométricas que se muestran en la Fig. 2c. Esta figura también representa las dos conicidades distintas en la baldosa cerámica que se fabrican para asegurar que los bordes encajen con las baldosas adyacentes. El valor de β corresponde al interlineado de los cortes del láser de picosegundos y varía según el número de mosaicos y el ángulo de enclavamiento. Antes de fabricar los paneles, se diseña un esquema en el software del láser de picosegundos para controlar el espaciado de las líneas de corte y la dimensión del panel utilizando el valor β calculado. En este estudio, se cambiaron las arquitecturas (es decir, el ángulo de enclavamiento y el tamaño del bloque) de los paneles, pero sus dimensiones generales se mantuvieron constantes. Además de las cerámicas arquitectónicas, se fabricaron y probaron monolíticas con idénticas dimensiones generales y espesor (es decir, 2,54 mm) con fines comparativos. Los paneles cortados se ensamblan usando un accesorio de acero con cuatro abrazaderas ajustables. La figura 2b muestra el ensamblaje del panel de 3 × 3 en el accesorio de acero al que no se aplican fuerzas de compresión en las direcciones planas. Luego, los paneles entrelazados se prueban bajo la carga de impacto.

Las cerámicas arquitectónicas se impactaron utilizando una máquina de caída de peso de baja velocidad según las pautas proporcionadas en la norma ASTM D376324. El impactador hemisférico de 5 mm con una masa de 1030 g se utilizó para aplicar la carga a la estructura. El hemisferio se colocó en el medio de la estructura. La velocidad de impacto inicial se fijó en 1,70 m/s. La carga del impactador y la velocidad del impactador a lo largo de la prueba se monitorearon y registraron utilizando una celda de carga (sensor de carga piezoeléctrico de penetración, con una capacidad de carga de 22,5 kN) y un detector de velocidad (un bloque fotodetector y una bandera), respectivamente.

Se utilizó un sistema de correlación de imágenes digitales (DIC) 3D durante las pruebas de impacto para medir el desplazamiento fuera del plano de los paneles cerámicos como se muestra en la Fig. 3. El sistema DIC estereoscópico constaba de dos cámaras de alta velocidad (Photron SA- X) con dos lentes Sigma (28–135 mm f/3.8–5.6 Aspherical IF Macro) configurados para capturar imágenes a 12 500 cuadros por segundo (fps) con una resolución de 1024 × 1024 píxeles. Se utilizaron dos luces LED de alta intensidad (JAB Bullet) para proporcionar una iluminación uniforme. Se aplicó un patrón de motas estocásticas a la superficie superior de la cerámica usando un marcador negro de punta fina25. Los datos de DIC se analizaron utilizando el software Vic-3D (versión 9, Correlated Solutions Inc.).

Cerámicas entrelazadas topológicamente: (a) 3 × 3, (b) 5 × 5, (c) matrices de bloques de 7 × 7 (30 °) y (d) pruebas de impacto de baja velocidad y configuraciones DIC.

El algoritmo DIC requiere dos parámetros para calcular un campo de desplazamiento en el área de interés (AOI): tamaño de subconjunto y tamaño de paso. El tamaño del subconjunto define el tamaño de las regiones cuadradas en las que se subdivide el AOI y el tamaño de paso dicta la densidad de datos del campo de desplazamiento calculado. Para estas pruebas, el tamaño del subconjunto tuvo que elegirse cuidadosamente para cada panel para garantizar que los datos de cada baldosa cerámica no se vieran influenciados por error por las baldosas vecinas. Los subconjuntos y los tamaños de paso utilizados para estas pruebas en píxeles fueron (15, 3), (31, 5) y (29, 8) para los paneles de bloques de 3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7. respectivamente.

Este análisis DIC dio como resultado mapas de desplazamiento de campo completo espacial y temporalmente densos. Para examinar la deflexión a través de los paneles a lo largo del tiempo, se dibujó un perfil de línea a través de los centros de cada panel y se extrajo el desplazamiento fuera del plano a través de ese perfil de línea en tres etapas clave para cada panel: antes del impacto, en la deflexión máxima, y al final de la prueba. También se extrajeron datos en los intervalos entre estas etapas, proporcionando un total de cinco extracciones de línea por panel.

Cuando un panel arquitectónico se somete a una carga de impacto, el deslizamiento y la rotación relativos de los bloques individuales conducen a grandes deformaciones generales, mientras que no se deforman sustancialmente. Dado que estos movimientos relativos provocan un deslizamiento por fricción, el panel arquitectónico también absorbe mucha más energía mecánica que un panel simple fabricado con el mismo material. Para cerámica simple; sin embargo, gran parte de la energía se disipa a través de la fractura de materiales frágiles. Las arquitecturas y deformaciones controladas en las interfaces débiles de los bloques conducen a la cerámica, un material quebradizo, con gran capacidad de deformación y alta absorción de energía. La Figura 4 presenta la deflexión de los paneles en cinco etapas de carga (antes del impacto, entre, deflexión máxima, entre, final de la prueba) a lo largo de la dirección x y sus centros de las cerámicas topológicamente entrelazadas (ángulo de entrelazado de θ = 20°, 25° , 30° y 3 × 3, 5 × 5, 7 × 7 número de bloques). Cabe señalar que la deflexión máxima se registra antes de que disminuya la fuerza. Los paneles cerámicos arquitectónicos ilustran diferencias significativas. En particular, el panel de bloques de 5 × 5 tiene la deflexión más alta entre todos los paneles entrelazados topológicamente. Además, las cerámicas arquitectónicas (como el panel de 5 × 5 bloques con θ = 20° y el panel de 7 × 7 bloques con θ = 25°) muestran una respuesta en forma de campana vinculada con una falla progresiva e indicación de tenacidad. estructuras Los paneles arquitectónicos fallaron debido a un desplazamiento progresivo del bloque central por parte del impactador. Los efectos del ángulo de enclavamiento en las propiedades de impacto de las cerámicas arquitectónicas se observan en la Fig. 4. Los paneles con los ángulos de enclavamiento más bajos tienen una mayor deflexión. Al comparar el número de bloques, los paneles cerámicos con arreglos de bloques de 5 × 5 tienen una deflexión 310% mayor, en comparación con los paneles con arreglos de bloques de 3 × 3 con el mismo ángulo de enclavamiento (ver Fig. 4).

La deflexión a través de los paneles obtenida por DIC en cinco etapas de carga: cerámica arquitectónica con ángulos de enclavamiento (θ = 20°, 25° y 30°) y número de bloques (3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7 ).

La Figura 5 presenta el campo de desplazamiento DIC 3D en la dirección z para las cerámicas entrelazadas. Los paneles arquitectónicos demuestran una respuesta en forma de campana y una falla progresiva. Los paneles arquitectónicos fallaron debido a un desplazamiento progresivo de la losa central por parte del impactador, mientras que el resto de las losas permanecieron intactas. No se han observado grietas por flexión en los paneles arquitectónicos. La segmentación de los paneles en bloques de construcción disminuye el tramo sobre el cual se desarrollan las tensiones de flexión, lo que lleva a un aumento de la fuerza requerida para inducir grietas por flexión. Dado que la fuerza requerida para desarrollar grietas por flexión aumenta, no se pueden observar grietas por flexión en los paneles arquitectónicos. El panel cerámico arquitectónico está hecho de bloques de construcción y su luz se reduce (es decir, panel de bloque de 3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7 = 1,67, 1 y 0,71 mm, respectivamente).

Prueba de impacto de paneles cerámicos: el campo de desplazamiento DIC 3D en dirección z para las cerámicas entrelazadas con los ángulos entrelazados (θ = 20°, 25° y 30°) y el número de bloques (3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7).

Las Figuras 6a,b presentan la deformación máxima y la deformación máxima versus el tiempo cuando ocurre la deformación máxima para la cerámica arquitectónica y simple como funciones del ángulo de enclavamiento (θ = 20°, 25° y 30°) y el número de bloques (3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7). Las diferencias observadas se traducen en variaciones de rigidez, resistencia y absorción de energía. El panel liso se deforma tanto como el panel de 5 × 5 bloques con θ = 20°. En general, los paneles con un ángulo de enclavamiento más pequeño mostraron una deformación máxima más alta, excepto el panel de bloque de 3 × 3. Se ve en la Fig. 6b que los paneles de bloques de 5 × 5 y 7 × 7 tardaron más tiempo en alcanzar sus deflexiones máximas en comparación con el panel de bloques de 3 × 3. Los paneles de bloques de 5 × 5 y 7 × 7 también muestran una deflexión máxima más alta (ver Fig. 6a). Se espera que las resistencias de las cerámicas arquitectónicas sean notablemente menores que las del panel simple debido a las interfaces de fricción en el sistema de materiales. Sin embargo, esto es ventajoso para la protección flexible, como en el equipo de protección personal. La mejora en la absorción de energía dota al sistema cerámico de una resistencia multigolpe. Es importante destacar que las cerámicas arquitectónicas pueden tener menos carga de respuesta transferida al sistema, lo cual es otra ventaja para las aplicaciones de blindaje y blindaje. Se espera que la rigidez de los paneles aumente con el ángulo de enclavamiento debido a la mayor interacción mecánica entre los bloques.

Las propiedades de la cerámica arquitectónica y simple: (a) deformación máxima, y ​​(b) deformación máxima versus tiempo en la deformación máxima de los paneles en función del ángulo de enclavamiento (θ = 20°, 25° y 30°) y el número de bloques (3 × 3, 5 × 5 y 7 × 7).

Demostramos una técnica de fabricación sustractiva altamente eficiente y versátil utilizando un sistema láser de fibra de picosegundos. Al optimizar los parámetros críticos del proceso láser en el sistema de eliminación de material, la fabricación y el concepto de mejora de las propiedades de deformación mediante cerámicas entrelazadas topológicamente se presentaron con una escalabilidad potencial. La naturaleza del sistema láser desarrollado permite controlar las arquitecturas con un alto grado de precisión. Este control preciso en el nivel de múltiples escalas de la cerámica arquitectónica hace que nuestra técnica sea excepcionalmente ventajosa en la posible fabricación de cerámica avanzada a gran escala. La robustez de la técnica permite además la fabricación híbrida de estructuras de ingeniería de materiales drásticamente diferentes. Se ve que el panel entrelazado tiene tendencia a expandirse lateralmente bajo la carga de impacto debido al diseño cónico de los bloques de construcción. Dado que la expansión lateral está limitada por el accesorio, la compresión en el plano se presenta dentro de la cerámica. Parte de la compresión en el plano (o energía elástica) se mantiene dentro del panel después de completar la prueba porque los bloques de construcción se presionan entre sí. La deflexión disminuye con el ángulo de enclavamiento y aumenta al aumentar el número de bloques. Al aumentar la cantidad de componentes básicos de un panel con arquitectura, la capacidad de fabricación se vuelve más lenta y desafiante. Sin embargo, un panel de arquitectura con un mayor número de componentes básicos (que es menos rígido) es más adecuado para aplicaciones en las que la comodidad juega un papel más importante (es decir, equipo de protección personal). Por el contrario, los paneles arquitectónicos con la menor cantidad de bloques de construcción tienen mayor resistencia, lo que es una ventaja para las aplicaciones de blindaje y blindaje. La estrategia de diseño desarrollada demuestra un espacio de diseño novedoso para la cerámica arquitectónica que cubre una amplia gama de aplicaciones de ingeniería ajustando el ángulo de enclavamiento, el tamaño del bloque de construcción y variando el tamaño y el ángulo sobre el ancho del panel. Los paneles cerámicos desarrollados se pueden utilizar para aplicaciones de blindaje (es decir, equipo de protección personal)26 o para sistemas de barrera térmica27.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Descargar referencias

El trabajo está financiado por el Programa de Seguridad, Tecnologías de Materiales (SMT), Canadá en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) subvención número HYBA22. Los autores agradecen a R. Desnoyers por el asistente técnico para las pruebas de impacto.

Centro de Tecnología de Fabricación Aeroespacial, Consejo Nacional de Investigación de Canadá, 5145 Decelles Avenue, Montreal, QC, H3T 2B2, Canadá

H. Yazdani Sarvestani, I. Esmail, Z. Katz y B. Ashrafi

Laboratorio de rendimiento de estructuras y materiales, Consejo Nacional de Investigación de Canadá, 1200 Montreal Road, Ottawa, ON, K1A 0R6, Canadá

S. Jain, JH Sa y D. Backman

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Correspondencia a H. Yazdani Sarvestani o B. Ashrafi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Yazdani Sarvestani, H., Esmail, I., Katz, Z. et al. Diseño de enclavamiento, fabricación láser programable y pruebas para cerámica arquitectónica. Informe científico 12, 17330 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22250-9

Descargar cita

Recibido: 23 agosto 2022

Aceptado: 12 de octubre de 2022

Publicado: 15 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22250-9

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