Manufaktur aditif
Pencetakan 3D Berbasis Geometri Menghilangkan Getaran
Peneliti dari University of Michigan dan Air Force Research Laboratory (AFRL) baru saja memperkenalkan struktur cetak 3D yang mampu secara drastis mengurangi getaran hanya dari geometri‑nya. Karya ini dapat memberikan dampak besar pada berbagai industri, termasuk konstruksi, dirgantara, dan perawatan kesehatan. Berikut yang perlu Anda ketahui.
Kontrol Getaran
Kemampuan mengendalikan getaran merupakan komponen penting dalam teknologi saat ini. Getaran membantu mengurangi getaran pada segala hal mulai dari mesin mobil Anda, hingga komponen listrik internal pada smartphone Anda. Secara tradisional, insinyur membuat penghalang antara komponen untuk meredam dan mengurangi getaran menggunakan benda seperti bantalan karet.
Seiring berjalannya waktu, insinyur getaran meningkatkan teknologi kontrol getaran, dan material baru dikembangkan khusus untuk tugas tersebut. Misalnya, peredam dan isolator membantu mencegah gerakan dan energi berpindah ke komponen sensitif yang dapat rusak. Secara signifikan, ilmu ini telah berkembang pesat. Namun, ia bergantung terutama pada pengembangan komposisi kimia tahan getaran untuk meningkatkan kinerja.
Bagaimana Alam Mengendalikan Getaran
Alam memiliki pendekatan lain terhadap pengurangan getaran yang lebih efektif dan telah berkembang selama miliaran tahun evolusi. Anda dapat melihat desain alam yang sempurna pada beberapa spesies, termasuk woodpecker, kayu, tulang, dan bahkan sutra laba‑laba. Semua contoh ini memanfaatkan struktur mereka, bersama dengan komposisinya, untuk memberikan kemampuan tambahan dalam mengurangi atau mentransfer getaran.
Pendekatan Rekayasa Bio‑Inspirasi
Menyadari kemampuan mereka, ilmuwan telah menghabiskan bertahun‑tahun mencoba meniru pendekatan geometris alih‑alih kimia untuk isolasi getaran. Mereka menemukan bahwa penggunaan struktur hierarkis dapat memberikan kinerja di luar ranah kimia material.
Lattice Maxwell
Lattice Maxwell adalah contoh utama dari pekerjaan ini. Mereka mewakili bertahun‑tahun penelitian dalam topologi geometris. Oleh karena itu, bentuk‑bentuk ini menunjukkan kemampuan peredaman suara yang luar biasa tanpa material atau sistem tambahan. Mereka menggunakan kerangka satu dimensi yang secara efektif mengurangi stres beban dan mengarahkan kembali getaran.
Tabung Kagome
Salah satu contoh paling umum dari Lattice Maxwell adalah tabung Kagome. Menariknya, istilah Kagome berasal dari teknik anyaman keranjang Jepang yang sangat mirip dengan desain tabung tersebut. Struktur ini menyerupai pagar rantai yang digulung menjadi tabung kecil.
Kedua lapisan dalam dan luar berbagi tugas menyerap dan mengarahkan kembali beban, stres, dan getaran. Desain ini menghubungkan lapisan dalam dan luar struktur.
Masalah pada Lattice Maxwell Saat Ini
Lattice Maxwell topologis menawarkan banyak keuntungan, tetapi masih kurang dalam beberapa kategori. Pertama, mereka tidak dapat menopang diri sendiri. Struktur ini membuatnya ideal untuk melokalisasi transfer energi rendah secara asimetris, namun mereka tidak stabil dan rapuh, membatasi skenario penggunaan. Selain itu, mereka mahal untuk dibuat, memerlukan teknik manufaktur canggih yang dirancang khusus untuk konstruksi mereka. Dalam banyak kasus, bentuk ini dibuat pada skala nano, memerlukan perangkat dan strategi manufaktur khusus.
Studi Penghilangan Getaran dengan Cetak 3D
Studi Topological polarization of kagome tubes and applications toward vibration isolation¹, yang dipublikasikan dalam APS Physical Review Applied bulan ini, memperkenalkan metode baru untuk membuat tabung Kagome yang tahan lama dan dapat menopang diri sendiri. Studi ini menggabungkan fisika lanjutan, strategi manufaktur era baru, dan teknik pemodelan struktural komputer untuk menyelesaikan tugas tersebut.
