TPMS porøse strukturer:Fra multi-skala design og præcis additiv fremstilling til multidisciplinære applikationer

Med den hurtige udvikling af materialevidenskab og fremstillingsvidenskab er et stort antal komplekse strukturer blevet designet, fremstillet og anvendt i det industrielle område.

De fleste af de nuværende industrielle applikationer tilhører solide strukturer uden huller. Nogle indvendige huller betragtes endda som strukturelle fabrikationsfejl. Imidlertid er der et stort antal indviklede porøse strukturer i naturen, såsom skeletter, honningkager, koraller, svampe og kork. De særlige egenskaber ved naturlige porøse strukturer tiltrækker forskere til at forsøge at designe forskellige biomimetiske porøse strukturer. Biomimetiske porøse strukturer repræsenteret af honeycombs, skum og gitter har opnået fremragende påføringsresultater i tidligere undersøgelser.

I de senere år har flere og flere forskere forsøgt at bruge TPMS til at designe og fremstille porøse strukturer. TPMS er en periodisk glat implicit overflade med nul middel krumning. Sammenlignet med andre typer af porøse strukturer har den porøse TPMS-struktur to åbenlyse fordele:(1) Den overordnede TPMS-porøse struktur kan beskrives nøjagtigt ved matematiske udtryk. De grundlæggende egenskaber såsom porøsitet og volumenspecifik overflade kan styres direkte af funktionsudtryksparametrene; (2) Overfladen af ​​TPMS er meget glat. Der er ingen skarpe drejninger eller forbindelsespunkter i den porøse gitterstruktur. Og den overordnede struktur hænger meget sammen. I nogle biologiske væv i naturen er der fundet strukturer, der ligner TPMS.

På nuværende tidspunkt blomstrer forskningen i den porøse struktur af TPMS, men der er stadig mange problemer i nøgletrinene af design, fremstilling og anvendelse, der skal løses.

For nylig offentliggjorde postdoc-stipendiat Feng Jiawei, professor Fu Jianzhong, lektor Yao Xinhua og professor He Yong fra School of Mechanical Engineering, Zhejiang University "Tredobbelt periodisk minimal overflade (TPMS) porøse strukturer:Fra multi-skala design, præcis additiv fremstilling til multidisciplinære applikationer" i International Journal of Extreme Manufacturing , som systematisk opsummerede forskningsfremskridtene for tredobbelt periodiske minimale overfladeporøse strukturer i de seneste år.

Artiklen opsummerede de nuværende geometriske designalgoritmer og præstationskontrolstrategier for TPMS porøse strukturer. Baseret på det blev forskellige præcision additive fremstillingsmetoder til fremstilling af TPMS porøse strukturer diskuteret. Ydeevnefordelene ved TPMS porøse struktur og brede anvendelsesmuligheder i fremtiden blev også illustreret.

De fleste af de naturlige porøse strukturer har uensartede og uregelmæssige porer. Baseret på de implicitte overfladetræk ved TPMS, ved at kontrollere fordelingen af ​​periodiske parametre og krumningsparametre, kan biomimetiske strukturer, der ligner naturlige porøse strukturer, genereres.

Med hensyn til indre porer er der blevet foreslået en række ikke-ensartede (gradient), ikke-homogene, multi-skala TPMS porøse strukturdesignalgoritmer. Med hensyn til formen af ​​de porøse strukturer, ved at kombinere forskellige beregningsgeometriske algoritmer, kan den frie form overfladeform TPMS porøse struktur genereres.

Ydelsesanalysen af ​​TPMS porøse struktur har været et forskningshotspot i de seneste år. Fra forskellige discipliners perspektiv har forskere analyseret den multidisciplinære anvendelsesydelse af TPMS porøse strukturer, såsom mekanik, termik og akustik.

Sammenlignet med den traditionelle topologiske porøse struktur har TPMS unikke fordele. Den glatte geometri har en væsentlig effekt på den faktiske præstationsforbedring. På baggrund af de strukturelle egenskaber fokuserer en lang række aktuelle undersøgelser på, hvordan man yderligere kan optimere og forbedre de strukturelle egenskaber af TPMS for at imødekomme de stadig mere komplekse industrielle anvendelseskrav.

Additiv fremstillingsteknologi er en ideel løsning til fremstilling af indviklede TPMS-porøse strukturer. Forskellige processer er blevet forsøgt til fremstilling af TPMS porøse strukturer, herunder selektiv lasersmeltning (SLM), selektiv lasersintring (SLS), Stereo Lithography Apparatus (SLA), digital lysbehandling (DLP), fusioneret depositionsmodellering (FDM) osv.

Ved at vælge passende materialer og forarbejdningsteknikker kan der fremstilles forskellige typer højpræcisions TPMS-porøse strukturer. Men i processen med stiplanlægning er der stadig mangel på effektive og nøjagtige procesplanlægningsmetoder for TPMS porøse strukturer. Og der er stadig meget plads til forbedring af produktionskvaliteten.

Med den kontinuerlige forbedring af niveauet for design og fremstilling, kombineret med fremragende strukturelle egenskaber, er TPMS porøse strukturer blevet anvendt med succes i mange discipliner. De indre porer i TPMS kan komme ind på platformsstadiet under trykbelastning for kontinuerligt at absorbere energi.

På nuværende tidspunkt har der været et stort antal rapporter om anvendelsen af ​​TPMS-enheder med porøs strukturenergi. De glatte porer i TPMS er meget velegnede til celleadsorption og vækst. Og porer er mere velegnede til næringsstoffer og næringsstoffer.

På nuværende tidspunkt er forskningen i design, fremstilling og anvendelse af TPMS porøse struktur stadig et varmt emne. Omkring det unikke ved TPMS porøse struktur har forskere udført en række interessante forsøg. Men der er stadig mange problemer, der kræver yderligere diskussion og forskning.

Den nuværende forskning i design, fremstilling og anvendelse af TPMS porøse strukturer er relativt isoleret. For at sikre god fremstillingskvalitet bør nogle fremstillingsprocesproblemer tilføjes som begrænsninger for designprocessen for at forbedre fremstillingsevnen af ​​TPMS porøse strukturer. De fleste af de TPMS-porøse strukturer, der i øjeblikket anvendes i praktiske applikationer, er ensartede porøse strukturer med regelmæssig porefordeling.

I fremtiden bør indflydelsesmekanismen for porefordeling på den faktiske ydeevne undersøges yderligere for yderligere at optimere og forbedre ydeevnen af ​​TPMS porøse strukturer. Især i det komplekse miljø af industrielle applikationer er hvordan man realiserer multi-fysisk ydeevneanalyse og multidisciplinær applikationsydelseskombinationsoptimering af TPMS porøse struktur et vigtigt grundlag for at fremme den bredere anvendelse af TPMS porøse struktur. + Udforsk yderligere

Forskning forbinder siliciums porøse struktur og dets evne til at 'fange' indfaldende lys