ไทเทเนียมลอยน้ำได้! โครงสร้างตาข่ายพิมพ์ 3 มิติ ต่อยอดทุ่น-เซนเซอร์สำหรับงานกลางทะเล

นักวิจัยพัฒนาโครงสร้างตาข่ายไทเทเนียมด้วยการพิมพ์ 3 มิติ จนสามารถลอยน้ำทะเลได้แม้เกิดความเสียหาย จุดเด่นนี้อาจต่อยอดสู่ทุ่น เซนเซอร์ และโครงสร้างที่ต้องทำงานอยู่กลางทะเล

ทีมวิจัยจากออสเตรเลีย ใช้การพิมพ์ 3 มิติออกแบบไทเทเนียมให้กลายเป็นโครงสร้างตาข่ายภายในที่มีช่องว่างจำนวนมาก จนสามารถลอยอยู่ในน้ำทะเลได้ โดยไม่ต้องพึ่งการช่วยพยุง และโครงสร้างยังคงลอยได้แม้เกิดความเสียหายบางส่วน เทคโนโลยีนี้จึงช่วยให้วัสดุโลหะที่แข็งแรงถูกนำไปพัฒนาเป็นอุปกรณ์สำหรับงานโครงสร้างกลางทะเลที่ต้องเผชิญทั้งคลื่น แรงกระแทก และสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

เปลี่ยนไทเทเนียมให้เป็นโครงสร้างลอยน้ำ

หัวใจสำคัญของแนวคิดนี้ไม่ได้อยู่ที่การลดความหนาแน่นของไทเทเนียม แต่เป็นการ ออกแบบรูปทรงภายในของวัสดุใหม่ ด้วยโครงสร้างตาข่ายที่ประกอบด้วยช่องว่างจำนวนมาก ทำให้น้ำหนักโดยรวมของชิ้นงานลดลง โดยยังคงใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงของไทเทเนียมได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

ทีมวิจัยใช้การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งช่วยสร้างรูปทรงซับซ้อนระดับโครงสร้างภายในได้ละเอียดกว่าวิธีผลิตทั่วไป โดยโครงสร้างทดลองมีลักษณะคล้ายตาข่ายสามมิติที่แบ่งออกเป็นเซลล์ขนาดเล็กหลายส่วน เมื่อรวมกันจึงเกิดเป็นชิ้นงานที่มีน้ำหนักเบา แต่ยังสามารถรับแรงได้ การออกแบบลักษณะนี้ยังช่วยแก้ข้อจำกัดสำคัญของวัสดุลอยน้ำทั่วไป เพราะหากส่วนหนึ่งของโครงสร้างเสียหาย ไม่ได้หมายความว่าทั้งชิ้นจะสูญเสียความสามารถในการลอยตัวทันที

งานวิจัยจาก RMIT ทดสอบโครงสร้างในน้ำทะเล

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์จาก มหาวิทยาลัย RMIT (RMIT University) ประเทศออสเตรเลีย พัฒนาโดยทีมวิจัยด้านวัสดุและการผลิตขั้นสูงของมหาวิทยาลัย โดยมุ่งศึกษาความเป็นไปได้ของโครงสร้างโลหะน้ำหนักเบาสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเล

การทดลองพบว่าโครงสร้างตาข่ายไทเทเนียมสามารถลอยในน้ำทะเลได้ แม้มีการเอียงของชิ้นงาน และยังคงทำหน้าที่เป็นโครงสร้างลอยน้ำเมื่อเกิดความเสียหายบางส่วน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องอยู่กลางทะเลและอาจเผชิญแรงกระแทกจากคลื่นหรือวัตถุอื่น

เมื่อเปรียบเทียบวัสดุที่มี ความหนาแน่นเท่ากัน โครงสร้างไทเทเนียมดังกล่าวมีความแข็งแรงสูงกว่าวัสดุอย่างสเตนเลสและพลาสติก HDPE ในระดับประมาณ 70% จุดนี้ทำให้แนวคิดดังกล่าวน่าสนใจในฐานะการออกแบบ “โครงสร้าง” มากกว่าการพัฒนาโลหะชนิดใหม่

แม้เสียหายบางส่วน แต่ยังไม่จมน้ำ

หนึ่งในจุดเด่นของโครงสร้างนี้คือความสามารถในการลอยน้ำหลังเกิดความเสียหาย ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างลอยน้ำที่อาศัยห้องอากาศหรือวัสดุพยุงเพียงไม่กี่ส่วน

ในการทดสอบ นักวิจัยทำให้โครงสร้างเกิดความเสียหายในระดับต่าง ๆ ทั้งการแตกร้าวบริเวณจุดเชื่อมต่อและการสูญเสียส่วนประกอบของโครงตาข่าย แต่โครงสร้างยังสามารถรักษาการลอยตัวได้ จนกว่าจะได้รับแรงกดหรือความเสียหายรุนแรงจนรูปทรงโดยรวมเสียไป

คุณสมบัตินี้มีความสำคัญกับการทำงานกลางทะเล เพราะอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ในทะเลต้องรับมือกับสภาพแวดล้อมที่คาดเดาได้ยาก การที่โครงสร้างยังลอยอยู่ได้หลังเสียหายบางส่วน อาจช่วยลดความเสี่ยงที่อุปกรณ์จะจมหายและทำให้การบำรุงรักษาทำได้ง่ายขึ้น

ต่อยอดทุ่นและเซนเซอร์ตรวจวัดกลางทะเล

หนึ่งในการใช้งานที่เห็นภาพได้ชัดคือ ทุ่นลอยน้ำ ซึ่งสามารถใช้เป็นฐานติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดต่าง ๆ เช่น เซนเซอร์สำหรับเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมในทะเล

ในอนาคตโครงสร้างลักษณะนี้ยังอาจนำไปประยุกต์กับอุปกรณ์ตรวจสอบหรือโครงสร้างบางส่วนของระบบนอกชายฝั่ง ซึ่งต้องการทั้งความแข็งแรง น้ำหนักที่เหมาะสม และความสามารถในการรับมือกับน้ำทะเล

สำหรับงานตรวจวัดกลางทะเล คุณสมบัติด้านการลอยตัวมีความสำคัญโดยตรง เพราะเซนเซอร์จำเป็นต้องอยู่ในตำแหน่งที่กำหนดเพื่อเก็บข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ขณะที่โครงสร้างรองรับต้องทนต่อแรงจากคลื่นและสภาพแวดล้อมเป็นเวลานาน

3D Printing กับการพัฒนาโครงสร้างที่ซับซ้อน

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เป็นอีกส่วนสำคัญที่ทำให้แนวคิดนี้เกิดขึ้นได้ เพราะสามารถสร้างโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนและมีรูปแบบเฉพาะตามคุณสมบัติที่ต้องการได้

แทนที่จะเลือกวัสดุเพียงจากคุณสมบัติของตัวเนื้อโลหะ นักออกแบบสามารถควบคุมทั้ง วัสดุและรูปทรง ไปพร้อมกัน เช่น ปรับขนาดช่องว่าง ความหนาของโครงตาข่าย หรือรูปแบบการเชื่อมต่อ เพื่อให้ได้สมดุลระหว่างน้ำหนัก ความแข็งแรง และการลอยตัว

แนวคิดนี้สะท้อนทิศทางใหม่ของวัสดุศาสตร์ที่ไม่ได้มองว่า “วัสดุอะไรแข็งแรงที่สุด” เพียงอย่างเดียว แต่ให้ความสำคัญกับการออกแบบโครงสร้างระดับจุลภาคและระดับชิ้นงาน เพื่อให้วัสดุเดิมสามารถทำหน้าที่ที่แตกต่างออกไปได้

แม้ผลการทดลองจะชี้ให้เห็นศักยภาพของโครงสร้างไทเทเนียมลอยน้ำ แต่ยังไม่ใช่การยืนยันว่าจะสามารถนำไปใช้กับโครงสร้างทางทะเลขนาดใหญ่ได้ทันที ยังคงต้องมีการทดสอบการขยายขนาดของชิ้นงาน รวมถึงการทำงานในสภาพแวดล้อมจริงเป็นเวลานาน โดยเฉพาะการรับมือกับคลื่น การกัดกร่อน แรงกระแทก และแรงกดที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง หากการพัฒนาในระยะต่อไปสามารถพิสูจน์ประสิทธิภาพในสภาพทะเลจริงได้ แนวคิดนี้อาจกลายเป็นอีกทางเลือกสำหรับทุ่น เซนเซอร์ และโครงสร้างที่ต้องทำงานกลางทะเลได้ในอนาคต

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: rmit, interestingengineering, newatlas
ที่มาภาพ: rmit

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS