自然灵感的材料可用于从隧道到太空的各种应用|自然灵感

隧道掘进机(TBM)切削工具的最佳材料是在最近完成的为期三年的项目用于软地面隧道掘进机的创新型多晶金刚石(PDC)刮刀钻头中由摩托车和回收集团的TalTech材料科学家开发的。

隧道掘进机的历史可以追溯到200年前第一条隧道建成时。通常，与磨料颗粒接触的TBM 材料可分为金属，陶瓷和组合它们的材料，即复合材料。复合材料通常在腐蚀性环境中具有最高的耐磨性。我们正在努力提高TBM移动元件材料的耐磨性，复合材料是进一步开发的正确选择，摩擦学和工程学院高级研究员摩擦学安东诺夫的摩擦学和回收研究组负责人解释道。

在研究期间进行的测试遵循主要目标 - 延长TBM切割工具的使用寿命，以最大限度地减少更换的需要。由耐磨性较高的材料制成的工具可以不经常更换。

替换TBM的易损件，即切割工具或刮刀，是一项复杂，昂贵且危险的任务.TBM具有巨大的尺寸：其直径可达18米，而长度可达130米，软地面TBM的工作区域经常处于高压状态。这使得切割工具的维修或更换变得非常危险，并且必须尽可能少地进行，并且如果由机器人完成则更好安东诺夫解释道。

如今，TBM最常见的工作是建设地铁。地铁通常用于往往在河流附近建造的大城市。河流周围的地面由沉积岩，沙子和粘土组成。砂，粘土和沉积岩层交替的这种地面的不均匀性使得隧道的建造变得复杂。这种侵蚀性条件意味着额外的挑战并且增加了对TBM切削工具的更好耐磨性的需求。

上述隧道技术可用于广泛的应用 - 它可用于通过建造大型隧道或地铁的非开挖方法在地下安装水管或电缆。非开挖方法在城市条件下特别有利，因为地面可以被移除并且所需的基础设施几乎可以完全没有沟槽安装，从而可以避免对建筑物和道路的损坏。例如，近年来在意大利罗马斗兽场附近开展了此类工程，并采取了重大措施以避免对文化遗产地造成任何损害。

马克西姆安东诺夫：通过分析鼹鼠皮，鱼鳞和硅藻化石的结构，我们从大自然中获得了很多灵感。在我们的最终设计中，我们试图实施金刚石，立方氮化硼，钨或碳化钛粉末作为我们复合材料的增强材料，我们使用3D打印或工业金刚石线。

由于使用了3​​D打印的选择性激光熔化技术，我们能够获得梯度复合材料(其中所需材料可以添加到特定位置)和变形高达10倍的材料。传统陶瓷材料。

由于新技术的实施，我们能够获得特定的梯度复合材料和可称为弹性金刚石的材料，我们对切削刀具或TBM的其他关键部件进行了前瞻性考虑。此外，我们确认通过调整接触表面的微观形貌(通过3D打印)，可以获得具有令人难以置信的低且稳定的摩擦的材料。这些材料可以应用于从挖掘地面到NASA太空设备的各个领域，马克西姆安东诺夫解释说。