بروزرسانی: 03 خرداد 1404
چاپ سه بعدی چند ماده ای ساختارهای اوریگامی با پانل ضخیم را با کارایی بالا فعال می کند
محققان دانشگاه علوم و فناوری جنوبی (SUSTech) در شنژن و دانشگاه سیتی هنگ کنگ از یک استراتژی ساخت برای سازه های اوریگامی با صفحه ضخیم رونمایی کردند که نوید قابلیت های تحمل بار و انعطاف پذیری بی سابقه را می دهد. که در Nature Communications منتشر شده است، رویکرد آنها از یک چاپگر سه بعدی چند ماده ای مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) برای ایجاد پانل های سفت و سخت که به طور کامل در لولاهای نرم و قابل کشش پیچیده شده اند، استفاده می کند. این طراحی به هر واحد اوریگامی اجازه می دهد تا بیش از 11000 برابر وزن خود را نگه دارد، بیش از 100 چرخه فشاری 40٪ را تحمل کند و نیروهای ضربه قابل توجهی را جذب کند.
این تیم تحقیقاتی از Ultimaker S5، تولید شده توسط Ultimaker مستقر در هلند، برای چاپ هسته های پلی لاکتیک اسید (PLA) که به طور کامل در پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) محصور شده اند، استفاده کردند. تلاش های مرسوم برای ساخت اوریگامی با صفحه ضخیم اغلب در سطح مشترک بین اجزای سفت و انعطاف پذیر شکست می خورند، که منجر به لایه برداری یا قابلیت تا شدن محدود می شود. در مقابل، پیچاندن پانل های PLA در لایه های پیوسته TPU، لولاهای محکمی تولید می کند که کشش زیادی را در حین تا شدن بدون جدا شدن، کنترل می کند. این رویکرد بسته بندی فرآیندهای مونتاژ پیچیده را حذف می کند - مانند چسباندن دستی پانل های ضخیم یا لولاهای نورد - و عملکرد قابل اعتماد را تحت بارگذاری چرخه ای تضمین می کند.
اوریگامی خود قفل برای استحکام ساختاری
دو صفحه ضخیم چاپ سه بعدی میورا اوریگامی را می توان برای تشکیل یک واحد خود قفل شونده روی هم قرار داد. یک نوآوری کلیدی حالت تغییر شکل فشار به کشش (P2P) است که فشرده سازی عمودی را به کشش افقی لولاهای نرم هدایت می کند. در طول آزمایشات، چهار واحد خود قفل شونده به طور کلی بیش از 260 کیلوگرم را پشتیبانی کردند و پس از بارگذاری مکرر بهبودی کامل را نشان دادند. این توانایی برای حفظ کرنش های فشاری بزرگ بدون تغییر شکل دائمی ناشی از انتقال بارها از طریق لولاهای انعطاف پذیر به جای خطر کمانش پانل است.
شبیه سازی های تحلیل المان محدود (FEA) و یک مدل نظری سفارشی به تعیین دقیق پارامترهای هندسی مورد نیاز برای جلوگیری از کمانش و حفظ حالت P2P کمک کرد. تنظیم عواملی مانند طول لولا، ضخامت دیوار و زوایای بین پانل ها پاسخ های مکانیکی قابل برنامه ریزی را امکان پذیر می کند. هنگامی که اریگامی به درستی پیکربندی شود، بارهای ساکن را پشتیبانی می کند و در برابر تنش های چرخه ای مقاومت می کند. علاوه بر این، قرار دادن چندین لایه اوریگامی به طور قابل توجهی نیروهای ضربه را کاهش می دهد. یک راه اندازی سه لایه تاثیر اوج را تا 72.1% تحت آزمایش افت 72 J کاهش داد، که بر پتانسیل آن در کاربردهای حفاظتی تأکید می کند.
از نمونه های اولیه تا برنامه های کاربردی در دنیای واقعی
از آنجایی که فرآیند ساخت مستقیماً قطعات سفت و نرم را به صورت یک تکه چاپ می کند، طرح های اوریگامی را می توان مطابق با نیازهای مهندسی خاص سفارشی کرد. کاربردهای بالقوه شامل پانل های جذب انرژی برای کلاه ایمنی، مکانیسم های استقرار در هوافضا و پشتیبانی های انعطاف پذیر برای روباتیک است. این تیم تحقیقاتی همچنین آزمایش با مواد دیگری مانند پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن را برای افزایش سفتی یا تنظیم جذب انرژی در نظر دارد.
روش اوریگامی پانل ضخیم به موانع طولانی مدت - به ویژه در مدیریت ضخامت و حفظ تاشو انعطاف پذیر - می پردازد تا متام مواد الهام گرفته از اوریگامی را به استفاده اصلی نزدیک کند. با ترکیب گردش های کار چاپ سه بعدی ساده با یک مدل هندسی کاملاً تعریف شده، محققان نشان داده اند که چگونه این سازه های تاشو می توانند از انتظارات باربری معمولی فراتر روند.
این کار توسط برنامه تحقیق و توسعه کلید ملی چین (2020YFB1312900)، بنیاد ملی علوم طبیعی (11922215)، و کمک های مالی اضافی از کمیسیون فناوری علوم و نوآوری شهرداری شنژن، بنیاد علوم طبیعی استان گوانگدونگ و دانشگاه شهر پشتیبانی شد. از هنگ کنگ
آماده برای کشف اینکه چه کسی برنده 2024 شد جوایز صنعت چاپ سه بعدی?
آینده چه خواهد شد پرینت سه بعدی شبیه؟
کدام روندهای اخیر باعث می شود صنعت چاپ سه بعدی، همانطور که توسط کارشناسان برجسته شده است؟
مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی برای به روز ماندن از آخرین اخبار و بینش.
با دنبال کردن ما با جدیدترین پرینت سه بعدی در ارتباط باشید توییتر و فیس بوکو فراموش نکنید که در صنعت چاپ سه بعدی مشترک شوید یوتیوب کانال برای محتوای اختصاصی تر
تصویر ویژه ساخت و طراحی اوریگامی با صفحه ضخیم را نشان می دهد. تصویر از طریق Nature Communications.
منبع: https://3dprintingindustry.com/news/multimaterial-3d-printing-enables-high-performance-thick-panel-origami-structures-235482/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=multimaterial-3d-printing-enables-high-performance-thick-panel-origami-structures