Исследователи из Италии и Польши демонстрируют математический подход к прогнозированию структуры трехмерных печатных упругих структур. Практически реализуя теорию упругости, исследование раскрывает потенциал трехмерных печатных метаматериалов, которые действуют «против своей природы», то есть Твердый пластик, который сопротивляется сжатию с одного направления, но может растягиваться в другом. Необычные свойства этих материалов полезны в областях биомеханической инженерии, поскольку они дают новые возможности для проектирования и создания объектов. Примерами «экзотических» материалов, приведенных в данном исследовании, также есть материалы, обладающие способностью имитировать костную ткань.

Поведение метаматериалов трехмерного печатного замка, разработанное немецким институтом Хассо Платнер (Hasso Plattner Institut)

Более пристальный взгляд на эластичность решеток

Особое внимание в этом исследовании уделяется способности математически прогнозировать пантографические структуры. Как и в движущемся изображении выше, пантографические структуры состоят из взаимосвязанных параллелограммов, образующих решетку.

Изображение, демонстрирующее пантографическую структуру решетки.

Структура была первоначально разработана как математический пример поведения метаматериала, который невозможно создать с помощью традиционного производства. Во время изучения авторы исследуют, как конкретная мера упругой деформации, известная как «модель типа Хенки», теперь может быть реализована с использованием трехмерной печати.

Внедрение теории в практику

Чтобы измерить, как работают материалы по сравнению с многочисленными прогнозами, исследователи печатают на 3D принтере две пантографические структуры:

Одна ортогональная (прямые углы) и одна не ортогональная (с более тупоугольными параллелографами). Эти материалы затем подвергаются испытанию на растяжение для измерения механической деформации.

Испытание на растяжение на ортогональной решетке (с прямыми углами)

Испытание на растяжение на неортогональной решетке (тупой угол)

Исследования показывают, что численное моделирование этих структур способно предсказать те же напряжения, что и физические решетки. Как объясняется в реферате исследования, «Текущие исследования в области проектирования метаматериалов направлены на то, чтобы заполнить пробел между математическим моделированием и технологическими приложениями».

Поэтому ученые сделали вывод, что необходимо  продолжить изучения, для улучшения дизайна трехмерных печатных материалов, чтобы в полной мере использовать  поведение более высоких градиентных метаматериалов.

Источник: 3D Print Soften