Un equip d’investigadors de la Universitat de Texas A&M i els laboratoris nacionals de Sandia van publicar recentment un estudi important sobre els metamaterials de gelosia entrellaçats (ILM) a la revista Materials & Design, titulat Metasurfaces actius actius habilitats per aliatges de memòria de forma. Aquesta investigació utilitza aliatges de memòria de forma (SMAs) i impressió 3D per desenvolupar una nova tecnologia de metreus interconnecants actius, que s’espera que revolucioni els camps de l’aeroespacial, la robòtica i els dispositius biomèdics.
Investigació de fons
Els metamaterials de gelosia entrellaçats són una tecnologia que uneix emergent que transmet forces i restringeix el moviment entre objectes veïns mitjançant una sèrie d’estructures característiques entrellaçades. Els metratges convencionals de les gelosials són normalment passius en disseny i requereixen forces externes per fer o trencar connexions. Tanmateix, mitjançant la integració d’aliatges de memòria de forma, en particular els aliatges de níquel-titani, un equip d’investigadors de la Texas A&M University ha realitzat amb èxit metamaterials de gelosia activa que poden obrir o tancar automàticament a temperatures específiques.
Metodologia de recerca
● L’equip de recerca va dissenyar i fabricar dues configuracions diferents de les matrius de metratges entrellaçats amb les matrius de metro de la relació Ni-Ti i la tecnologia d’impressió 3D de la relació amb làser (L-PBF).
● Per assegurar la qualitat de les parts impreses, l’equip de recerca va seguir un marc d’optimització de processos sistemàtics, a partir dels experiments d’un sol pista, creant models analítics pas a pas i, finalment, construint un mapa de viabilitat d’impressió.
● A més, l'equip de recerca va utilitzar l'anàlisi d'elements finits (FEA) per predir els valors de tensió generats durant el cicle de disconnexió d'unió.
Mitjançant proves termo-mecàniques, es va trobar que els conjunts de metratges de gelosiats preparats van mostrar força de tancament extremadament elevat en estat unit, juntament amb la recuperació completa de la forma i una bona estabilitat cíclica. La precisió de la predicció de la FEA es va verificar encara més mitjançant la correlació d’imatges digitals (DIC). L’anàlisi de microscòpia òptica demostra que les parts impreses són pràcticament lliures de defectes amb una densitat de més del 99,9%, cosa que indica que la tecnologia L-PBF pot fabricar eficaçment els metamaterials de gelosia de Ni-Ti d’aliatge Ni-Ti d’alta qualitat.
(b) model 3D del disseny PG fabricat amb aliatge de nitinol a escala atòmica gairebé equivalent;
(c) Modelització i simulació 3D de l'estructura de la unitat de disseny d'ancoratge estès (EA) amb soca equivalent;
(d) Modelització 3D del disseny EA mitjançant impressió 3D en pols de Ni-Ti en pols Ni-Ti.
Perspectives d'aplicació
Aquesta nova tecnologia no només millora la força de connexió i l’estabilitat dels components estructurals, sinó que també ofereix noves possibilitats per al disseny d’estructures adaptatives intel·ligents. Per exemple, en aeroespacial, es poden utilitzar metamaterials actius entrellaçats per dissenyar components de vehicles reconfigurables; En robòtica, pot proporcionar articulacions més flexibles i adaptatives; I en dispositius biomèdics, pot ajustar l’estat d’implants i pròtesis segons els canvis en la temperatura corporal i el moviment corporal, proporcionant així un millor tractament als pacients.
