LLNL:磁性響應(yīng)超材料瞬間硬化3D打印結(jié)構(gòu)
魔猴君 行業(yè)資訊 2126天前
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)經(jīng)常使用包括超材料在內(nèi)的3D打印材料做出令人印象深刻的工作?,F(xiàn)在,該實驗室引入了一類新的超材料,當(dāng)暴露在磁場中時,它幾乎可以立即響應(yīng)和加強3D打印結(jié)構(gòu)。 LLNL稱材料為“現(xiàn)場響應(yīng)機械超材料”或FRMM。它們涉及粘性的磁響應(yīng)流體,其被注入掏空支柱和3D打印格子束中。與其他4D打印材料不同,F(xiàn)RMM的整體結(jié)構(gòu)不會改變。位于梁的關(guān)鍵中的流體的鐵磁顆粒響應(yīng)于磁場形成鏈,使流體和晶格結(jié)構(gòu)變硬。這發(fā)生在不到一秒鐘。該研究記錄在題為“現(xiàn)場響應(yīng)機械超材料”的論文中。
“在本文中,我們真的希望專注于具有可調(diào)屬性的超材料的新概念,即使它只是一個手工制作過程,它仍然突出了可以做的事情,這就是我認(rèn)為真正令人興奮的事情,”主要作者Julie Jackson Mancini是LLNL工程師,自2014年以來一直致力于這個項目的研究?!耙呀?jīng)證明,通過結(jié)構(gòu),超材料可以創(chuàng)造有時在自然界中不存在或者可以高度設(shè)計的機械特性,但是一旦你建立起來你堅持使用這些屬性的結(jié)構(gòu)。這些超材料的下一個演變是可以調(diào)整其機械特性以響應(yīng)外部刺激的東西。那些存在,但它們通過改變形狀或顏色來響應(yīng),而響應(yīng)所花費的時間可能是幾分鐘或幾小時。使用我們的FRMM,整體形式不會改變,響應(yīng)非??欤@使得它與其他材料區(qū)別開來?!?nbsp;
研究人員將磁流變液注入基于LLNL大面積投影微光刻(LAPμSL)平臺的掏空晶格結(jié)構(gòu)中,該平臺能夠使用光和光敏聚合物樹脂在寬區(qū)域內(nèi)對具有微尺度特征的物體進行3D打印。根據(jù)Mancini的說法,LAPμSL機器在新的超材料的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用,因為復(fù)雜的管狀結(jié)構(gòu)需要用薄壁制造并且能夠保持流體包含,同時承受填充過程中產(chǎn)生的壓力和對磁場的反應(yīng)。 通過改變所施加的磁場的強度,流體的加強以及3D打印結(jié)構(gòu)的加強是可逆的和可調(diào)的?!罢嬲匾氖撬粌H僅是一個開關(guān)響應(yīng),通過調(diào)整所施加的磁場強度,我們可以得到廣泛的機械性能,”曼奇尼說。 “實時遠(yuǎn)程可調(diào)性的想法為許多應(yīng)用打開了大門。” 這些應(yīng)用包括沖擊吸收,例如汽車座椅,其中集成了流體響應(yīng)超材料以及可以檢測碰撞的傳感器。座椅在撞擊時會變硬,可能會減少傷亡。其他應(yīng)用包括頭盔,頸部支架,光學(xué)組件外殼或軟機器人。 為了預(yù)測晶格結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)所施加的磁場,現(xiàn)在為國家實驗室工作的前LLNL研究員Mark Messner從單支柱測試開發(fā)了一個模型。從他開發(fā)的模型開始預(yù)測非可調(diào)靜態(tài)晶格結(jié)構(gòu)材料的機械性能,他補充說明了磁場響應(yīng)流體如何影響磁場下的單個晶格元件,并將單個支柱的模型合并到設(shè)計好的單元格里,然后,他將模型校準(zhǔn)到實驗中,Mancini在類似于格子中的支柱的流體填充管上進行實驗。研究人員使用該模型來優(yōu)化晶格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),找到隨著磁場變化而導(dǎo)致機械性能發(fā)生較大變化的結(jié)構(gòu)。
“我們研究了彈性剛度,但模型(或類似模型)可用于針對不同類型的目標(biāo)優(yōu)化不同的晶格結(jié)構(gòu),”Messner說。 “可能的晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計空間是巨大的,因此模型和優(yōu)化過程幫助我們在打印,填充和測試實際樣品之前選擇具有有利特性的可能結(jié)構(gòu)。
文章來源:(中國3D打印網(wǎng)) 轉(zhuǎn)載免責(zé)聲明: 本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載的文章,其版權(quán)均歸原作者所有,如其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)下載使用,請在轉(zhuǎn)載有關(guān)文章時務(wù)必尊重該文章的著作權(quán),保留本網(wǎng)注明的“本文來源”,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任