Fabrication additive
Impression 3D basée sur la géométrie élimine les vibrations
Researchers from the University of Michigan and the Air Force Research Laboratory (AFRL) just unveiled a 3D-printed structure that’s capable of drastically reducing vibrations strictly from its geometry. The work could have a resounding effect on multiple industries, including construction, aerospace, and healthcare. Here’s what you need to know.
Contrôle des vibrations
La capacité à contrôler les vibrations est un élément essentiel de la technologie actuelle. Elles permettent de réduire les vibrations dans tout, depuis le moteur de votre voiture jusqu’aux composants électriques internes de votre smartphone. Traditionnellement, les ingénieurs créaient une barrière entre les composants pour amortir et réduire les vibrations à l’aide d’éléments tels qu’un coussin en caoutchouc.
Au fil du temps, les ingénieurs en vibration ont amélioré la technologie de contrôle des vibrations, et de nouveaux matériaux ont été développés spécifiquement pour cette tâche. Par exemple, les amortisseurs et les isolateurs ont aidé à empêcher les mouvements et l’énergie de se transmettre aux composants sensibles susceptibles d’être endommagés. Notamment, cette science a considérablement progressé. Cependant, elle repose principalement sur le développement de compositions chimiques résistantes aux vibrations pour améliorer les performances.
Comment la nature contrôle les vibrations
La nature possède une autre approche de réduction des vibrations, plus efficace et développée au cours de milliards d’années d’évolution. Vous pouvez observer des conceptions naturelles perfectionnées chez plusieurs espèces, notamment les pics, le bois, les os et même la soie d’araignée. Notamment, tous ces exemples utilisent leur structure, ainsi que leur composition, pour offrir des capacités supplémentaires de réduction ou de transfert des vibrations.
Approches d’ingénierie bio-inspirées
Reconnaissant leurs capacités, les scientifiques ont passé de nombreuses années à tenter de reproduire une approche géométrique plutôt que chimique pour l’isolation des vibrations. Ils ont découvert que l’utilisation de structures hiérarchiques peut offrir des performances au‑delà du domaine de la chimie des matériaux.
Réseaux de Maxwell
Les réseaux de Maxwell sont un exemple phare de ce travail. Ils représentent des années de recherche en topologie géométrique. En tant que tels, ces formes offrent d’excellentes capacités d’amortissement du son sans aucun matériau ou système supplémentaire. Ils utilisent un cadre unidimensionnel qui réduit efficacement le stress de charge et redirige les vibrations.
Tubes Kagome
L’un des exemples les plus courants de réseaux de Maxwell est les tubes Kagome. Fait intéressant, le terme Kagome provient d’une technique japonaise de tissage de paniers qui ressemble beaucoup à la conception du tube. Ces structures ressemblent à une clôture à maillons en chaîne enroulée en un petit tube.
Notamment, les couches intérieure et extérieure participent toutes deux à l’absorption et à la redirection de la charge, du stress et des vibrations. Ces conceptions relient les couches intérieure et extérieure de la structure.
Problèmes des réseaux de Maxwell actuels
Les réseaux de Maxwell topologiques offrent de nombreux avantages, mais ils présentent encore des lacunes dans certaines catégories. Tout d’abord, ils ne peuvent pas se soutenir eux‑mêmes. Ces structures les rendent idéales pour localiser de manière asymétrique les transferts à faible énergie, mais elles sont instables et fragiles, limitant leurs scénarios d’utilisation.
De plus, ils sont coûteux à créer, nécessitant des techniques de fabrication avancées spécialement conçues pour leur construction. Dans de nombreux cas, ces formes sont réalisées à l’échelle nanométrique, nécessitant des dispositifs et des stratégies de fabrication sur mesure.
Étude d’élimination des vibrations imprimées en 3D
L’étude Topological polarization of kagome tubes and applications toward vibration isolation¹, publiée dans APS Physical Review Applied ce mois‑ci, présente une méthode novatrice pour créer des tubes Kagome durables capables de s’auto‑soutenir. L’étude combine une physique avancée, des stratégies de fabrication de nouvelle génération et des techniques de modélisation structurelle informatique pour accomplir cette tâche.
