Un equipo de investigadores de la Universidad de Texas A&M y los Laboratorios Nacionales de Sandia publicó recientemente un importante estudio sobre metamateriales de redes entrelazadas (ILM) en la revista Materials & Design, titulada metasurfaces entrelazadas activas habilitadas por aleaciones de memoria de forma. Esta investigación utiliza aleaciones de memoria de forma (SMA) e impresión 3D para desarrollar una nueva tecnología de metamateriales de redes entrelazadas activas, que se espera que revolucione los campos de los dispositivos aeroespaciales, robóticos y biomédicos.
Antecedentes de investigación
Los metamateriales de redes entrelazados son una tecnología de unión emergente que transmite fuerzas y restringe el movimiento entre los objetos vecinos a través de una serie de estructuras características entrelazadas. Los metamateriales de red entrelazados convencionales son típicamente pasivos en diseño y requieren fuerzas externas para hacer o romper las conexiones. Sin embargo, al integrar las aleaciones de memoria de forma, en particular las aleaciones de níquel-titanio, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas A&M ha realizado con éxito metamateriales de redes entrelazadas activas que pueden abrirse o cerrar automáticamente a temperaturas específicas.
Metodología de investigación
● El equipo de investigación diseñó y fabricó dos configuraciones diferentes de matrices de metamateriales de redes entrelazadas utilizando polvos de relación casi isoatómica y ni-ti y tecnología de impresión 3D de fusión de lecho de polvo láser (L-PBF).
● Para garantizar la calidad de las piezas impresas, el equipo de investigación siguió un marco sistemático de optimización de procesos, comenzando con experimentos de vía única, construyendo modelos analíticos paso a paso y, en última instancia, construyendo un mapa de factibilidad de impresión.
● Además, el equipo de investigación utilizó el análisis de elementos finitos (FEA) para predecir los valores de deformación generados durante el ciclo de disconexión de unión.
A través de pruebas termomecánicas, se descubrió que los ensambles metamateriales de redes entrelazadas preparadas exhibieron una fuerza de bloqueo extremadamente alta en el estado unido, junto con la recuperación de forma completa y la buena estabilidad cíclica. La precisión de la predicción FEA se verificó aún más mediante la correlación de imagen digital (DIC). El análisis de microscopía óptica muestra que las piezas impresas están prácticamente libres de defectos con una densidad de más del 99.9%, lo que indica que la tecnología L-PBF puede fabricar efectivamente metamateriales de celoses de aleación de aleación Ni-Ti de alta calidad.
(b) Modelo 3D del diseño PG fabricado con aleación de nitinol de escala de afición casi equivalente;
(c) modelado 3D y simulación de la estructura de la unidad de diseño de anclaje extendido (EA) con deformación equivalente;
(d) Modelado 3D del diseño de EA utilizando impresión 3D de polvo Ni-Ti de escala atómica casi equivalente.
Perspectivas de aplicación
Esta nueva tecnología no solo mejora la fuerza de conexión y la estabilidad de los componentes estructurales, sino que también ofrece nuevas posibilidades para el diseño de estructuras inteligentes y adaptativas. Por ejemplo, en el aeroespacial, se pueden usar metamateriales de redes entrelazadas activas para diseñar componentes de vehículos reconfigurables; En robótica, puede proporcionar articulaciones más flexibles y adaptativas; Y en los dispositivos biomédicos, puede ajustar el estado de implantes y prótesis de acuerdo con los cambios en la temperatura corporal y el movimiento corporal, proporcionando así un mejor tratamiento para los pacientes.
