نشر فريق من الباحثين من جامعة تكساس إيه آند إم ومختبرات سانديا الوطنية مؤخرًا دراسة مهمة حول شاشات الشبكات المتشابكة (ILM) في مجلة مواد وتصميم ، بعنوان Metasurfaces النشطة المتشابكة التي تم تمكينها بواسطة سبائك الذاكرة. يستخدم هذا البحث سبائك ذاكرة الشكل (SMAS) والطباعة ثلاثية الأبعاد لتطوير تقنية Metamaterials نشطة نشطة ، والتي من المتوقع أن تحدث ثورة في مجالات الفضاء والروبوتات والأجهزة الطبية الحيوية.
خلفية البحث
تعتبر المواد المتعلقة بالشبكات المتشابكة تقنية انضمام ناشئة تنقل القوى وتقييد الحركة بين الكائنات المجاورة من خلال سلسلة من الهياكل المميزة المتشابكة. عادةً ما تكون المواد الفنية التقليدية المتشابكة سلبية في التصميم وتتطلب قوى خارجية لإجراء اتصالات أو كسرها. ومع ذلك ، من خلال دمج سبائك ذاكرة الشكل ، وخاصة سبائك النيكل-تيتانيوم ، حقق فريق من الباحثين في جامعة تكساس إيه آند إم بنجاح الشبكات المتشابكة النشطة التي يمكن أن تفتح أو تغلق تلقائيًا في درجات حرارة محددة.
منهجية البحث
● صمم فريق الأبحاث وتصنيع تكوينتين مختلفتين من صفائف Metamaterials المتشابكة باستخدام مساحيق الطباعة ثلاثية الأبعاد من النماذج (L-PBF) 3D.
● لضمان جودة الأجزاء المطبوعة ، اتبع فريق البحث إطارًا لتحسين العمليات المنهجية ، بدءًا من تجارب أحادية المسار ، وبناء نماذج تحليلية خطوة بخطوة ، وفي نهاية المطاف بناء خريطة جدوى طباعة.
● بالإضافة إلى ذلك ، استخدم فريق البحث تحليل العناصر المحدودة (FEA) للتنبؤ بقيم الإجهاد الناتجة خلال دورة الانضمام إلى دقة.
من خلال الاختبار الحراري الميكانيكي ، وجد أن مجموعات Metamaterials المتشابكة المعدة أظهرت قوة قفل عالية للغاية في الحالة المرتبطة ، إلى جانب استرداد الشكل الكامل والاستقرار الدوري الجيد. تم التحقق من دقة التنبؤ FEA بشكل أكبر من خلال ارتباط الصورة الرقمية (DIC). يوضح تحليل المجهر البصري أن الأجزاء المطبوعة خالية من العيوب تقريبًا بكثافة تزيد عن 99.9 ٪ ، مما يشير إلى أن تقنية L-PBF يمكن أن تصنع بشكل فعال شبكات ميتاميات من سبائك Ni-Ti عالية الجودة.
(ب) النموذج ثلاثي الأبعاد لتصميم PG ملفقة باستخدام سبيكة النيتينول شبه المكافئة على نطاق واسع ؛
(ج) النمذجة ثلاثية الأبعاد ومحاكاة هيكل وحدة التصميم المرساة الممتدة (EA) مع سلالة مكافئة ؛
(د) النمذجة ثلاثية الأبعاد لتصميم EA باستخدام طباعة مسحوق Ni-Ti ثلاثي الأبعاد شبه المكافئ.
آفاق التطبيق
لا تعمل هذه التكنولوجيا الجديدة على تحسين قوة الاتصال واستقرار المكونات الهيكلية فحسب ، بل توفر أيضًا إمكانيات جديدة لتصميم الهياكل التكيفية الذكية. على سبيل المثال ، في الفضاء الفضائي ، يمكن استخدام المواد metamaterials النشطة المتشابكة لتصميم مكونات المركبات القابلة لإعادة التكوين ؛ في الروبوتات ، يمكن أن توفر مفاصل أكثر مرونة وتكيفية ؛ وفي الأجهزة الطبية الحيوية ، يمكنه ضبط حالة الزرع والأطراف الاصطناعية وفقًا للتغيرات في درجة حرارة الجسم وحركة الجسم ، وبالتالي توفير علاج أفضل للمرضى.
