Meta-sandwich reversibili che assorbono energia dalla stampa 4D in FDM

Stampa FDM 4D: creazione di meta-sandwich sintonizzabili che assorbono energia

I ricercatori internazionali stanno approfittando del livello successivo oltre la stampa 3D per produrre nuovi materiali e strutture, come indicato nel recente ” Meta-sandwich reversibili che assorbono energia dalla stampa FDM 4D “.

Con particolare attenzione alle applicazioni reversibili di assorbimento di energia, gli autori fabbricano “meta-sandwich”, sviluppati da polimeri iperelastici e polimeri elasto-plastici a memoria di forma.

Avvicinandosi agli assorbitori di energia naturale come ossa, denti, zoccoli e altro, gli scienziati si sforzano di creare strutture stabili per l’uso in auto e aerei, realizzare imballaggi protettivi, attrezzature sportive e altro ancora.

“Il principio di assorbimento di energia nei metamateriali e nelle strutture a reticolo fornisce la capacità di convertire l’energia cinetica in altri tipi di energie attraverso deformazioni elastiche e / o plastiche, instabilità meccanica e collasso strutturale”, spiegano gli autori.

In lavori recenti, la deformazione plastica in metallo e plastica è stata la strada per l’assorbimento di energia, usando leghe come il nichel-titanio (NiTi) o combinando polimeri amorfi ed elastomeri flessibili. Con la stampa 3D, tuttavia, gli scienziati sono stati in grado di sperimentare metamateriali e strutture a reticolo con successo nell’assorbimento di energia.

I meta-sandwich auxetici sono la prova di un design concettuale composto da polimeri iperelastici morbidi e SMP duri elasto-plastici, accentuato dalla programmazione a freddo – e, in definitiva, gli autori si aspettano che questi concetti offrano nuovi vantaggi nel processo di progettazione di energia reversibile dispositivi di dissipazione.

Come materiali intelligenti che possono deformarsi e poi tornare alla loro forma iniziale, gli SMP sono stati utilizzati qui a temperatura ambiente “inferiore alla loro temperatura di transizione vetrosa”. I ricercatori hanno quindi riscaldato sopra l’intervallo di temperatura di transizione fino a quando non è tornato al suo stato normale.

“L’energia dissipata attraverso la deformazione plastica degli SMP, rivelata come un ciclo di isteresi, è considerata come il meccanismo di assorbimento di energia in questo lavoro”, spiegano i ricercatori. “Si ritiene inoltre che le PMI introducano assorbitori di energia recuperabile”.

I ricercatori hanno usato un 3DGence Double P255 (con hotend intercambiabili doppi per la stampa di due materiali) per la stampa in 4D dei loro assorbitori di energia basati su reticolo.

La valutazione delle metastrutture (sia sperimentalmente che numericamente) ha mostrato che i progetti offrivano la rigidità non lineare richiesta e l’energia dissipante. I loro esperimenti hanno mostrato:

Esistenza del ciclo di isteresi
Fisica dell’instabilità snap-through
Elasto-plasticità
“Gli studi di confronto hanno rivelato che gli aspetti principali dei meta-sandwich erano ben simulati nel catturare lo stress di snervamento, il plateau durante la crescita della deformazione plastica, il percorso di scarico e l’area di isteresi. È stato anche sperimentalmente dimostrato che la deformazione e i processi di dissipazione sono reversibili aprendo una strada per la progettazione e l’implementazione di dispositivi di dissipazione dell’energia recuperabili per applicazioni di protezione dagli impatti e mitigazione degli urti ”, hanno concluso i ricercatori.

“A causa dell’assenza di un concetto simile e di risultati nella letteratura specializzata, è probabile che questo documento faccia avanzare i metasandwiches sintonizzabili di stampa 4D all’avanguardia con caratteristiche reversibili di assorbimento di energia.”