“Kagome Tubes” stampate in 3D: come la geometria smorza le vibrazioni
Sintesi e contesto
Un team della University of Michigan in collaborazione con l’Air Force Research Laboratory (AFRL) ha mostrato che tubi “kagome” stampati in 3D possono attenuare vibrazioni senza ricorrere a smorzatori aggiuntivi o a sistemi attivi. Il lavoro, pubblicato su Physical Review Applied il 14 ottobre 2025, esplora un’architettura geometrica che isola le vibrazioni grazie a proprietà topologiche della struttura.
Che cos’è una “kagome tube” e perché funziona
Il termine “kagome” rimanda a un reticolo periodico di triangoli intrecciati. Arrotolando più strati di questo reticolo si ottiene una tubo-struttura autoportante in cui l’orientamento topologico (topological polarization) dirige l’energia vibratoria lontano da ciò che si vuole proteggere. Questo comportamento è tipico dei metamateriali meccanici, in cui la funzione dipende dalla geometria più che dalla composizione chimica.
Fabbricazione additiva e materiali
I prototipi sono stati stampati in 3D in polimero (nylon) per dimostrare che la geometria complessa è realizzabile con tecniche AM e per testare in pratica la stabilità dei giunti sottili del reticolo. La scelta del polimero facilita la prototipazione e misura l’effetto della sola architettura sullo smorzamento.
Prestazioni: isolamento vs capacità portante
I test indicano che l’isolamento vibrazionale migliora all’aumentare della “polarizzazione” topologica della struttura, ma ciò comporta un compromesso con la capacità di carico: più isolamento tende a significare minore robustezza strutturale a parità di massa/materiale. Questo compromesso viene quantificato e discusso nel paper, che fornisce criteri di progetto per bilanciare le due esigenze.
Applicazioni possibili
Le “kagome tubes” sono candidate per isolamento passivo in ambiti come trasporti, aerospazio e infrastrutture civili, dove la riduzione delle vibrazioni è critica ma massa, ingombro e manutenzione devono rimanere contenuti. L’integrazione diretta della funzione di smorzamento nella struttura portante riduce componenti ausiliari e complessità di sistema.
Prossimi passi di ricerca
Gli autori indicano come assi di sviluppo l’ottimizzazione dei parametri geometrici (angoli, passo di reticolo, spessore degli elementi), la scelta dei materiali e la scalabilità. Il filone si inserisce nel più ampio panorama dei metamateriali kagome per il controllo delle onde meccaniche, con studi teorici e numerici che forniscono linee guida per modalità topologiche, dispersioni “duali” e altri effetti utili alla progettazione.
Chi c’è dietro il lavoro
Il progetto è guidato da ricercatori della University of Michigan insieme a AFRL; nelle comunicazioni istituzionali si sottolinea il valore dell’ingegnerizzazione per geometria come leva per ottenere proprietà “insolite ma utili” in strutture stampate in 3D, con attenzione al trasferimento verso soluzioni ingegneristiche di isolamento dalle vibrazioni e mitigazione degli impatti.
