Texas A&M Universityn ja Sandia National Laboratories -yrityksen tutkijoiden ryhmä julkaisi äskettäin tärkeän tutkimuksen Latery Lattices MetaMaterials (ILM) -lehdessä Materials & Design -lehdessä. Tässä tutkimuksessa hyödynnetään muokkaamoeoksia (SMA) ja 3D -tulostusta uuden aktiivisen lukitushilan metamateriaalitekniikan kehittämiseksi, jonka odotetaan mullistavan ilmailu-, robotiikan ja lääketieteellisten laitteiden kentät.
Tutkimuksen tausta
Lukitsevat hilan metamateriaalit ovat nouseva liitostekniikka, joka välittää voimat ja rajoittaa naapurimaiden esineiden välistä liikettä lukittujen ominaisrakenteiden sarjan kautta. Tavanomaiset lukitushilat metamateriaalit ovat tyypillisesti passiivisia suunnittelussa ja vaativat ulkoisia voimia yhteyksien luomiseksi tai rikkoutumiseen. Integroimalla Shape Memory -seokset, erityisesti nikkeli-titaaniseokset, Texas A&M -yliopiston tutkijaryhmä on kuitenkin onnistuneesti toteuttanut aktiiviset lukitushilat metamateriaalit, jotka voivat avata tai sulkea automaattisesti tietyissä lämpötiloissa.
Tutkimusmenetelmä
● Tutkimusryhmä suunnitteli ja valmisti kaksi erilaista lukkiutuvien hila-metamateriaaliryhmien kokoonpanoa käyttämällä melkein isotomisen suhteen Ni-ti-jauheita ja laserjauhevuoteen fuusion (L-PBF) 3D-tulostustekniikkaa.
● Painettujen osien laadun varmistamiseksi tutkimusryhmä seurasi systemaattista prosessin optimointikehystä, alkaen yksiraiteisilla kokeilla, rakentamalla analyyttisiä malleja askel askeleelta ja lopulta tulostuskelpoisuuskartan rakentaminen.
● Lisäksi tutkimusryhmä käytti äärellisten elementtien analyysiä (FEA) ennustamaan LIC-yhdistyssyklin aikana syntyneitä venymisarvoja.
Lämpömekaanisen testauksen avulla havaittiin, että valmistetuilla lukittuvilla hila-metamateriaalien kokoonpanoilla oli erittäin korkea lukitusvoima liitetyssä tilassa sekä täydellisen muodon talteenotto ja hyvä syklinen stabiilisuus. FEA -ennusteen tarkkuus varmistettiin edelleen digitaalisen kuvan korrelaatiolla (DIC). Optinen mikroskopiaanalyysi osoittaa, että painetut osat ovat käytännössä virheettömiä yli 99,9%: n tiheydellä, mikä osoittaa, että L-PBF-tekniikka voi tehokkaasti valmistaa korkealaatuisia Ni-ti-seoksen lukitushilat metamateriaaleja.
(b) 3D-malli PG-suunnittelusta, joka on valmistettu käyttämällä lähes ekvivalentti-atomia-mittakaavaa nitinoliseos;
(c) 3D -mallinnus ja simulointi laajennetun ankkurin (EA) suunnitteluyksikkörakenteen kanssa vastaavalla venymisellä;
(D) EA-suunnittelun 3D-mallintaminen käyttämällä melkein vastaavaa atomi-asteikkoa Ni-tijauheen 3D-tulostusta.
Hakemusnäkymät
Tämä uusi tekniikka ei vain paranna rakenteellisten komponenttien yhteysvoimaa ja vakautta, vaan tarjoaa myös uusia mahdollisuuksia älykkäiden, mukautuvien rakenteiden suunnittelulle. Esimerkiksi ilmailu- ja ilmailu-, aktiivisia lukitushilat -metamateriaaleja voidaan käyttää uudelleenkonfiguroitavien ajoneuvokomponenttien suunnitteluun; Robotiikassa se voi tarjota joustavampia ja mukautuvia niveliä; Ja biolääketieteellisissä laitteissa se voi säätää implanttien ja proteesien tilaa kehon lämpötilan ja kehon liikkeen muutosten mukaan, mikä tarjoaa paremman hoidon potilaille.
