Laboratorio di Guida Autonoma per la Generazione e il Test di Modelli 3D
Un team di ricercatori ha messo a punto un laboratorio avanzato, definito come “laboratorio di guida autonoma”, dedicato alla stampa e alla verifica automatica di oggetti 3D. Il principale quesito che il gruppo ha cercato di risolvere riguardava la determinazione della forma più efficiente per l’assorbimento dell’energia meccanica. Si tratta di una questione che, se affrontata manualmente, potrebbe risultare estremamente laboriosa.
Come Funziona il Sistema?
Il processo sperimentale attuato dal team si basa su un vasto spazio parametrico, definito da undici dimensioni, che descrive possibili modelli 3D. In questo spazio, sono state generate trilioni di forme candidate. Attraverso l’impiego di metodi di ottimizzazione bayesiana, sono state selezionate 25.000 forme promettenti. Queste sono state poi messe in coda per la stampa, utilizzando un gruppo di cinque stampanti 3D FFF standard.
Dopo la stampa, ogni modello viene trasferito automaticamente a una stazione di test da un braccio robotico. Questo braccio svolge anche la funzione di comprimere il modello in vari modi per misurare la sua capacità di assorbimento di energia. I risultati sono quindi raccolti e il processo si ripete per tutti i 25.000 modelli selezionati.
Risultati e Implicazioni del Test
La sperimentazione ha portato alla scoperta di una struttura con un’efficienza di assorbimento energetico del 75,2%, oltre a generare una vasta libreria di dati che offre nuovi principi applicabili alla progettazione di strutture resistenti. Il sistema ha dimostrato di poter superare le barriere di progettazione tradizionali, fornendo un insieme di dati etichettati che ha rilevanza sia nel campo della meccanica che della progettazione più in generale.
Il team ha anche esplorato motivi strutturali ad alte prestazioni e ha scoperto che questi mostrano prestazioni costanti all’interno di classi di materiali specifiche, come polimeri plastici o iperelastici. L’analisi complessiva dei dati ha portato alla formulazione di euristiche generali di progettazione, che facilitano la selezione efficiente di materiali e strutture.
Implicazioni per il Settore dei Materiali
Un’ulteriore scoperta del gruppo riguarda la relazione tra le proprietà ingegneristiche dei materiali. Hanno osservato che la soglia di picco di stress del materiale è fortemente correlata con lo stress di plateau del polimero, fornendo un metodo algoritmico per abbinare in modo ottimale i materiali agli specifici casi d’uso.
Questo approccio innovativo, dimostrandosi più efficace di una mera simulazione, probabilmente sarà utilizzato in futuro per esplorare e scoprire le proprietà di vari materiali, dato che incorpora anche i fattori imprevedibili tipici della stampa 3D.
Snapp, KL, Verdier, B., Gongora, AE et al. Efficienza di assorbimento dell’energia meccanica superlativa scoperta attraverso la collaborazione tra laboratorio e uomo a guida autonoma. Nat Commun 15 , 4290 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48534-4
