Et team af forskere fra Texas A&M University og Sandia National Laboratories offentliggjorde for nylig en vigtig undersøgelse af sammenlåsende gitter Metamaterials (ILM) i tidsskriftet Materials & Design, med titlen Active Interlocking Metasurfaces aktiveret af Shape Memory Alloys. Denne forskning anvender forme hukommelseslegeringer (SMA'er) og 3D -udskrivning til at udvikle en ny aktivt sammenlåsende gitter -metamaterialeteknologi, som forventes at revolutionere felterne inden for rumfart, robotik og biomedicinske apparater.
Forskningsbaggrund
Sammenlægning af gitter Metamaterialer er en voksende sammenføjningsteknologi, der transmitterer kræfter og begrænser bevægelse mellem nabolande genstande gennem en række sammenlåsende karakteristiske strukturer. Konventionelle sammenkoblede gitter Metamaterialer er typisk passive i design og kræver eksterne kræfter for at oprette eller bryde forbindelser. Ved at integrere formhukommelseslegeringer, især nikkel-titanlegeringer, har et team af forskere imidlertid ved Texas A&M University med succes realiseret aktive sammenkoblede gitter-metamaterialer, der kan åbne eller lukke automatisk på specifikke temperaturer.
Forskningsmetodik
● Forskningsteamet designet og fremstillede to forskellige konfigurationer af sammenlåsende gitter Metamaterialer Arrays ved hjælp af Near-isoatomic-Ratio Ni-Ti-pulvere og laserpulverbedfusion (L-PBF) 3D-udskrivningsteknologi.
● For at sikre kvaliteten af de trykte dele fulgte forskerteamet en systematisk procesoptimeringsramme, startende med enkeltsporingseksperimenter, bygger analytiske modeller trin for trin og i sidste ende konstruerede et print-mulighedskort.
● Derudover anvendte forskerteamet en endelig elementanalyse (FEA) til at forudsige stammeværdierne, der blev genereret under sammenkoblingscyklussen.
Gennem termomekanisk test blev det konstateret, at de forberedte sammenkoblede gittermetamaterialer forsinkede en ekstremt høj låsekraft i den sammenføjede tilstand sammen med genvinding i fuld form og god cyklisk stabilitet. Nøjagtigheden af FEA -forudsigelsen blev yderligere verificeret ved digital billedkorrelation (DIC). Optisk mikroskopi-analyse viser, at de trykte dele er praktisk talt manglende fri med en densitet på mere end 99,9%, hvilket indikerer, at L-PBF-teknologien effektivt kan fremstille Ni-Ti-legering af høj kvalitet, der samtidig kan fremstille metamaterialer i høj kvalitet.
(b) 3D-model af PG-designet fremstillet ved hjælp af næsten ækvivalent-atomskala nitinollegering;
(C) 3D -modellering og simulering af det udvidede anker (EA) designenhedsstruktur med ækvivalent belastning;
(D) 3D-modellering af EA-design ved hjælp af næsten ækvivalent atomskala Ni-Ti-pulver 3D-udskrivning.
Ansøgningsudsigter
Denne nye teknologi forbedrer ikke kun forbindelsesstyrken og stabiliteten af strukturelle komponenter, men tilbyder også nye muligheder for design af intelligente, adaptive strukturer. For eksempel i rumfart kan metamaterialer i rumfarten bruges til at designe rekonfigurerbare køretøjskomponenter; I robotik kan det give mere fleksible og adaptive samlinger; Og i biomedicinske anordninger kan det justere tilstanden af implantater og proteser i henhold til ændringer i kropstemperatur og kropsbevægelse, hvilket giver bedre behandling for patienter.
