צוות חוקרים מאוניברסיטת A&M של טקסס ומעבדות לאומיות סנדיה פרסם לאחרונה מחקר חשוב על מטא -חומרים משולבים עם סריג (ILM) בכתב העת Materials & Design, שכותרתו Metasurfaces משתלבים פעילים המאפשרים על ידי סגסוגות זיכרון צורה. מחקר זה משתמש בסגסוגות זיכרון צורה (SMA) והדפסת תלת מימד כדי לפתח טכנולוגיית מטא -חומרים משולבים שזורים זה בזה, שצפויה לחולל מהפכה בתחומי המכשירים האוויריים, רובוטיקה ומכשירים ביו -רפואיים.
רקע מחקר
מטא -חומרים משולבים משתלבים הם טכנולוגיית הצטרפות מתפתחת המעבירה כוחות ומגבילה את התנועה בין חפצים שכנים באמצעות סדרה של מבנים אופייניים משתלבים. סריג משולב קונבנציונאלי מטא -חומרים הם בדרך כלל פסיביים בעיצוב ומחייבים כוחות חיצוניים ליצירת חיבורים או לשבור. עם זאת, על ידי שילוב סגסוגות זיכרון צורה, ובמיוחד סגסוגות ניקל-טיטניום, צוות חוקרים באוניברסיטת טקסס A&M הבין בהצלחה מטא-חומרים פעילים לשילוב סריג שיכולים להיפתח או קרוב אוטומטית בטמפרטורות ספציפיות.
מתודולוגיית מחקר
● צוות המחקר עיצב ופיצר שתי תצורות שונות של מערכי מטא-חומר של סריגים משתלבים באמצעות אבקות קרוב-יחסית-יחסית-ניי-טי-טי-טי-טיי וטכנולוגיית הדפסת תלת מימד של אבקת לייזר (L-PBF).
● כדי להבטיח את איכות החלקים המודפסים, צוות המחקר עקב אחר מסגרת אופטימיזציה שיטתית של תהליכים, החל מניסויים עם מסלול יחיד, בניית מודלים אנליטיים שלב אחר שלב ובסופו של דבר לבנות מפת היתכנות מודפסת.
● בנוסף, צוות המחקר השתמש בניתוח אלמנטים סופי (FEA) כדי לחזות את ערכי המתח שנוצרו במהלך מחזור ההצטרפות.
באמצעות בדיקות תרמו-מכניות, נמצא כי מכלולי המטא-חומרים המוכנים משתלבים זה בזה הציגו כוח נעילה גבוה במיוחד במצב המצטרף, יחד עם התאוששות מלאה ויציבות מחזורית טובה. הדיוק של תחזית ה- FEA אומת עוד יותר על ידי מתאם דיגיטלי דיגיטלי (DIC). ניתוח מיקרוסקופיה אופטי מראה כי החלקים המודפסים נטולי פגמים כמעט עם צפיפות של יותר מ- 99.9%, מה שמצביע על כך שטכנולוגיית ה- L-PBF יכולה לייצר ביעילות מטא-חומר סגסוגות Ni-TI סגסוגות משולבות.
(ב) דגם תלת מימד של עיצוב ה- PG המופק באמצעות סגסוגת ניטינול בקנה מידה כמעט שווה-אטומי;
(ג) דוגמנות תלת מימד וסימולציה של מבנה יחידת העוגן המורחב (EA) עם זן שווה ערך;
(ד) דוגמנות תלת מימד של תכנון EA באמצעות הדפסת תלת מימד אטומית אטומית כמעט שווה ערך הדפסת תלת מימד.
סיכויי בקשה
טכנולוגיה חדשה זו לא רק משפרת את חוזק החיבור ויציבותם של רכיבים מבניים, אלא גם מציעה אפשרויות חדשות לעיצוב מבנים חכמים ומסתגלים. לדוגמה, בחלל, ניתן להשתמש במטא -חומרים פעילים של סריג סריג לשילוב זה לזה כדי לתכנן רכיבי רכב הניתנים להגדרה מחדש; ברובוטיקה זה יכול לספק מפרקים גמישים ומסתגלים יותר; ובמכשירים ביו -רפואיים זה יכול להתאים את מצב השתלים והתותבות בהתאם לשינויים בטמפרטורת הגוף ותנועת הגוף, ובכך לספק טיפול טוב יותר לחולים.
