Μια ομάδα ερευνητών από το Texas A & M University και η Sandia National Laboratories δημοσίευσαν πρόσφατα μια σημαντική μελέτη σχετικά με τα Metamaterials Interlocking Lattices (ILM) στο περιοδικό Materials & Design, με τίτλο Active Interlocking Metasurfaces που ενεργοποιούνται από κράματα μνήμης σχήματος. Αυτή η έρευνα χρησιμοποιεί κράματα μνήμης σχήματος (SMAs) και 3D εκτύπωση για να αναπτύξει μια νέα ενεργή τεχνολογία Metamaterials με ενεργό αλληλένδετες πλέγμα
Ερευνητικό υπόβαθρο
Τα αλληλένδετα πλέγματα των πλέγματος είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία που μεταδίδει τις δυνάμεις και περιορίζει την κίνηση μεταξύ γειτονικών αντικειμένων μέσω μιας σειράς αλληλοσυνδεόμενων χαρακτηριστικών δομών. Τα συμβατικά πλέγματα αλληλοσύνδεσης είναι συνήθως παθητικά στο σχεδιασμό και απαιτούν εξωτερικές δυνάμεις για να κάνουν ή να σπάσουν συνδέσεις. Ωστόσο, ενσωματώνοντας τα κράματα μνήμης σχήματος, ιδιαίτερα τα κράματα νικελίου-τιτανίου, μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο Texas A & M έχει πραγματοποιήσει με επιτυχία ενεργά μετα-υλικά που μπορούν να ανοίξουν ή να κλείσουν αυτόματα σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες.
Μεθοδολογία έρευνας
● Η ερευνητική ομάδα σχεδίασε και δημιούργησε δύο διαφορετικές διαμορφώσεις των συστοιχιών μετα-υλικών αλληλένδετες πλέγμα
● Για να εξασφαλιστεί η ποιότητα των τυπωμένων τμημάτων, η ερευνητική ομάδα ακολούθησε ένα συστηματικό πλαίσιο βελτιστοποίησης της διαδικασίας, ξεκινώντας από πειράματα μονής γραμμής, δημιουργώντας αναλυτικά μοντέλα βήμα προς βήμα και τελικά κατασκευάζοντας έναν χάρτη σκοπιμότητας εκτύπωσης.
● Επιπλέον, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για να προβλέψει τις τιμές καταπόνησης που δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια του κύκλου σύνδεσης σύνδεσης.
Μέσω των θερμο-μηχανικών δοκιμών, διαπιστώθηκε ότι τα συνολικά συγκροτήματα μετα-υλικών που έχουν προετοιμαστεί με τα συγκροτήματα πλέγματος εμφάνισαν εξαιρετικά υψηλή δύναμη ασφάλισης στην κατάσταση ενωμένων, μαζί με την ανάκτηση πλήρους σχήματος και την καλή κυκλική σταθερότητα. Η ακρίβεια της πρόβλεψης FEA επαληθεύτηκε περαιτέρω με την ψηφιακή συσχέτιση εικόνας (DIC). Η ανάλυση οπτικής μικροσκοπίας δείχνει ότι τα τυπωμένα μέρη είναι ουσιαστικά χωρίς ελάττωμα με πυκνότητα άνω του 99,9%, υποδεικνύοντας ότι η τεχνολογία L-PBF μπορεί να κατασκευάσει αποτελεσματικά τα υψηλής ποιότητας μεταβλητικά υλικά αλληλοσύνδεσης κράματος Ni-Ti.
(β) 3D μοντέλο του σχεδιασμού PG που κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας κράμα νιτινόλης σχεδόν ισοδύναμου-ατομικής κλίμακας.
(γ) 3D Μοντελοποίηση και προσομοίωση της δομής μονάδας σχεδιασμού Extended Anchor (EA) με ισοδύναμο στέλεχος.
(δ) 3D μοντελοποίηση του σχεδιασμού ΕΑ χρησιμοποιώντας σχεδόν ισοδύναμη ατομική κλίμακα Ni-Ti Powder 3D εκτύπωση.
Προοπτικές εφαρμογής
Αυτή η νέα τεχνολογία όχι μόνο βελτιώνει τη δύναμη σύνδεσης και τη σταθερότητα των δομικών εξαρτημάτων, αλλά προσφέρει επίσης νέες δυνατότητες για το σχεδιασμό έξυπνων, προσαρμοστικών δομών. Για παράδειγμα, στην αεροδιαστημική, τα ενεργά πλέγματα αλληλοσύνδεσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να σχεδιάσουν αναδιαμορφώσιμα εξαρτήματα οχήματος. Στη ρομποτική, μπορεί να παρέχει πιο ευέλικτες και προσαρμοστικές αρθρώσεις. Και σε βιοϊατρικές συσκευές, μπορεί να προσαρμόσει την κατάσταση των εμφυτευμάτων και των προθέσεων σύμφωνα με τις μεταβολές της θερμοκρασίας του σώματος και της κίνησης του σώματος, παρέχοντας έτσι καλύτερη θεραπεία για τους ασθενείς.
