Manufatura aditiva
Impressão 3D Baseada em Geometria Elimina Vibrações
Pesquisadores da Universidade de Michigan e do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL) acabaram de revelar uma estrutura impressa em 3D capaz de reduzir drasticamente as vibrações apenas por sua geometria. O trabalho pode ter um efeito retumbante em várias indústrias, incluindo construção, aeroespacial e saúde. Veja o que você precisa saber.
Controle de Vibrações
A capacidade de controlar vibrações é um componente crítico na tecnologia atual. Elas ajudam a reduzir vibrações em tudo, desde o motor do seu carro até os componentes elétricos internos do seu smartphone. Tradicionalmente, os engenheiros criavam uma barreira entre os componentes para amortecer e reduzir vibrações usando um item como um amortecedor de borracha.
Com o tempo, os engenheiros de vibração aprimoraram a tecnologia de controle de vibrações, e novos materiais foram desenvolvidos especificamente para a tarefa. Por exemplo, amortecedores e isoladores ajudavam a impedir que movimentos e energia fossem transferidos para componentes sensíveis que poderiam ser danificados. Notavelmente, essa ciência cresceu consideravelmente. No entanto, ela depende principalmente do desenvolvimento de composições químicas resistentes a vibrações para melhorar o desempenho.
Como a Natureza Controla Vibrações
A natureza tem outra abordagem para a redução de vibrações que é mais eficaz e foi desenvolvida ao longo de bilhões de anos de evolução. Você pode observar designs da natureza aperfeiçoados em várias espécies, incluindo pica-paus, madeira, ossos e até seda de aranha. Notavelmente, todos esses exemplos utilizam sua estrutura, juntamente com sua composição, para proporcionar capacidades adicionais de redução ou transferência de vibrações.
Abordagens de Engenharia Bioinspiradas
Reconhecendo suas capacidades, os cientistas passaram muitos anos tentando replicar uma abordagem geométrica em vez de química para o isolamento de vibrações. Eles descobriram que o uso de estruturas hierárquicas pode proporcionar desempenho fora do âmbito da química de materiais.
Redes de Maxwell
As Redes de Maxwell são um exemplo principal desse trabalho. Elas representam anos de pesquisa em topologia geométrica. Como tal, essas formas exibem excelentes capacidades de amortecimento de som sem materiais ou sistemas adicionais. Elas utilizam uma estrutura unidimensional que reduz efetivamente o estresse de carga e redireciona vibrações.
Tubos Kagome
Um dos exemplos mais comuns de Redes de Maxwell são os tubos Kagome. Curiosamente, o termo Kagome vem de uma técnica japonesa de tecelagem de cestos que se assemelha muito ao design do tubo. Essas estruturas lembram uma cerca de elos de corrente enrolada em um pequeno tubo.
Notavelmente, tanto as camadas internas quanto as externas compartilham a tarefa de absorver e redirecionar carga, estresse e vibrações. Esses designs conectam as camadas internas e externas da estrutura.
Problemas com as Redes de Maxwell Atuais
As Redes de Maxwell topológicas oferecem muitas vantagens, mas ainda apresentam deficiências em algumas categorias. Primeiro, elas não podem se sustentar. Essas estruturas as tornam ideais para localizar assimetricamente transferências de baixa energia, mas são instáveis e frágeis, limitando seus cenários de uso.
Além disso, são caras de criar, exigindo técnicas avançadas de fabricação projetadas especificamente para sua construção. Em muitos casos, essas formas são feitas em escala nanométrica, requerendo dispositivos e estratégias de fabricação feitos sob medida.
Estudo de Eliminação de Vibrações Impressas em 3D
O estudo Topological polarization of kagome tubes and applications toward vibration isolation¹, publicado na APS Physical Review Applied este mês, apresenta um método inovador para criar tubos Kagome duráveis capazes de se sustentar. O estudo combina física avançada, estratégias de fabricação de nova geração e técnicas de modelagem estrutural computacional para realizar a tarefa.
