Additieve productie
Geometrie-Gebaseerde 3D-Printen Elimineert Trillingen
Onderzoekers van de Universiteit van Michigan en het Air Force Research Laboratory (AFRL) hebben zojuist een 3D-geprinte structuur onthuld die in staat is om trillingen drastisch te reduceren door zijn geometrie. Dit onderzoek kan een significante impact hebben op verschillende industrieën, waaronder de bouw, de lucht- en ruimtevaart en de gezondheidszorg. Hieronder volgt een overzicht van de belangrijkste punten.
Trillingscontrole
De mogelijkheid om trillingen te controleren is een cruciaal onderdeel in de huidige technologie. Ze helpen om trillingen te reduceren in alles, van de motor van uw auto tot de interne elektrische componenten in uw smartphone. Traditioneel zouden ingenieurs een barrière tussen componenten creëren om trillingen te bufferen en te reduceren met behulp van een item zoals een rubberen pad.
Na verloop van tijd hebben trillingsingenieurs de trillingscontrole-technologie verbeterd en zijn er nieuwe materialen ontwikkeld specifiek voor deze taak. Bijvoorbeeld, dempers en isolatoren hielpen om bewegingen en energie te voorkomen die werden overgedragen aan gevoelige componenten die beschadigd konden raken. Opvallend is dat deze wetenschap aanzienlijk is gegroeid. Echter, het is voornamelijk afhankelijk van de ontwikkeling van trillingsbestendige chemische samenstellingen om de prestaties te verbeteren.
Hoe de Natuur Trillingen Controleert
De natuur heeft een andere aanpak voor trillingsreductie die effectiever is en die is ontwikkeld over miljarden jaren van evolutie. U kunt de door de natuur ontworpen structuren zien in verschillende soorten, waaronder houtsnijders, hout, botten en zelfs spinnenwebben. Opvallend is dat al deze voorbeelden hun structuur gebruiken, naast hun samenstelling, om extra trillingsreductie- of overdrachtsmogelijkheden te bieden.
Bio-geïnspireerde Ingenieursbenaderingen
Door hun mogelijkheden te erkennen, hebben wetenschappers vele jaren besteed aan het proberen te repliceren van een geometrische in plaats van een chemische benadering van trillingsisolatie. Ze hebben ontdekt dat het gebruik van hiërarchische structuren prestaties buiten het bereik van materiaalchemie kan bieden.
Maxwell Lattices
Maxwell Lattices zijn een voorbeeld van dit onderzoek. Ze vertegenwoordigen jaren van onderzoek in geometrische topologie. Als zodanig vertonen deze vormen uitstekende geluiddempende mogelijkheden zonder extra materialen of systemen. Ze gebruiken een 1-dimensionaal raamwerk dat effectief de belastingsstress reduceert en trillingen omleidt.
Kagome Tubes
Een van de meest voorkomende voorbeelden van Maxwell Lattices zijn de Kagome tubes. Interessant is dat de term Kagome afkomstig is van een Japanse mandjevlechttechniek die erg lijkt op het ontwerp van de buis. Deze structuren lijken op een kettinghek dat is opgerold tot een kleine buis.
Opvallend is dat zowel de binnenste als de buitenste lagen meedoen aan de taak van het absorberen en omleiden van belasting, stress en trillingen. Opvallend is dat deze ontwerpen de binnenste en buitenste lagen van de structuur verbinden.
Problemen met Huidige Maxwell Lattices
Topologische Maxwell Lattices bieden veel voordelen, maar ze ontbreken nog in enkele categorieën. Ten eerste kunnen ze zichzelf niet ondersteunen. Deze structuren maken ze ideaal voor asymmetrische lokaliseren van lage-energetische overdrachten, maar ze zijn onstabiel en broos, waardoor hun gebruiksmogelijkheden beperkt zijn.
Bovendien zijn ze duur om te creëren, waarvoor geavanceerde productietechnieken nodig zijn die specifiek zijn ontworpen voor hun constructie. In veel gevallen worden deze vormen gemaakt op nanoschaal, waardoor speciaal ontworpen productieapparaten en -strategieën nodig zijn.
3D-Geprente Trillingseliminatie Onderzoek
Het onderzoek Topologische polarisatie van Kagome tubes en toepassingen voor trillingsisolatie¹, gepubliceerd in APS Physical Review Applied deze maand, introduceert een novelle methode om duurzame Kagome tubes te creëren die in staat zijn om zichzelf te ondersteunen. Het onderzoek combineert geavanceerde natuurkunde, nieuwe productiestrategieën en computerstructuurmodelleringstechnieken om deze taak te volbrengen.
