Strutture metalliche in microlattice:costruzione materiali e applicazioni

Il libro “Metallic Microlattice Structures: Manufacture, Materials and Application” di Robert Mines Disponibile

Robert Mines ha scritto venti documenti su strutture di microlattice stampate in 3D e da oltre 15 anni conduce ricerche su strutture di microlattice stampate in 3D. Ora ha unito le sue conoscenze in un libro, ” Metallic Microlattice Structures: Manufacture, Materials and Application .”

Un microlattice è una struttura molto interessante che potrebbe soddisfare una vasta gamma di ruoli nelle applicazioni di ingegneria. Ne abbiamo parlato prima quando Lawrence Livermore ha realizzato nuove e interessanti strutture ad alta resistenza e quando abbiamo coperto questo documento con microlattice a memoria di forma così come questo documento su microlattice su scala nanometrica. Nel settore aerospaziale si potrebbero usare strutture di microlattice particolarmente diverse per risparmiare peso offrendo allo stesso supporto una parte solida. In nuove aree come la corsa allo spazio commerciale, le strutture di microlattice potrebbero dare ai progettisti nuovi modi per superare le sfide fondamentali del design. Alcune aziende automobilistiche stanno ora sperimentando l’utilizzo di strutture di microlattice sul telaio e su altre parti dell’auto. Sulle superfici degli impianti ortopedici e di altri impianti, le strutture di biolattice possono anche migliorare la funzionalità dell’impianto in generale.

Robert ci dice che ” possono essere realizzati a varie scale: dalla scala millimetrata alla scala micrometrica fino alla scala nanometrica. Possono incorporare funzionalità multiple, ad esempio micro scambiatori di calore. “

Una parte leggera che potrebbe svolgere un doppio lavoro come questo sarebbe molto utile laddove il risparmio di peso è importante, specialmente dal momento che una riduzione del conteggio delle parti potrebbe anche ridurre i costi.

Robert afferma che “ci sono un gran numero di processi di produzione additiva, un gran numero di materiali, un gran numero di topologie, una varietà di scale e la tecnologia sta cambiando rapidamente. Come può un ingegnere (a) comprendere efficacemente le tecnologie rilevanti e (b) applicare efficacemente le tecnologie pertinenti? “

Ha scritto il suo libro per risolvere questa sfida per il suo pubblico. Nel libro analizza le strutture di microlattice realizzate tramite EBM, il binder jetting e il DMLS (SLM), cercando in particolare gli acciai inossidabili, il titanio e l’alluminio. Il suo libro prende in esame “topologie a reticolo limitato, vale a dire Corpo centrato cubico / ottaedrico, BCC con puntone a Z e traliccio ottetto” così come elementi strutturali ” vale a dire travi, pannelli e assorbitori di energia” e osserva i loro “comportamenti, ovvero la flessione del fascio, impatto di corpi estranei di pannelli e assorbitori di energia “.

“Esplorazione dello spazio di progettazione: resistenza specifica a compressione e densità relativa per: A:
Cella in acciaio inossidabile BCC misura 2,5 mm e partenze da A – B: dimensione cella 1,25 mm, C: BCCZ, D:
placcatura senza elettricità, E: carico di impatto e F: lega di titanio. “

Robert ha fatto il suo libro per gli ingegneri per avere un ” coerente quadro concettuale globale per l’uso integrato di fabbricazione, materiali e applicazioni per strutture di microlattice stampate in 3D” che possano “indirizzare le future tecnologie e opportunità di produzione additiva” mentre si focalizza su “intuizioni fisiche e integrare strumenti e quadri basati su computer sempre più sofisticati “.

Una truss come struttura ci è familiare dalle sale da concerto e da altri luoghi. Queste strutture leggere e resistenti potrebbero diventare molto più diffuse se Robert ha la sua strada. La cosa molto eccitante dei microlattici è che possono essere realizzati su una “scala millimetrata su scala micrometrica fino a scala nanometrica”, il che significa che il loro uso potrebbe essere molto diffuso e che si può avere un microlattice nel proprio microlattice. I microlattici potrebbero anche essere progettati per fallire in un modo specifico, ad esempio e potrebbero rivelarsi uno strumento molto eccitante per gli ingegneri per progettare materiali e parti stampati in 3D in un modo completamente nuovo.

“Impatto di corpi estranei di un pannello sandwich con una sfera, con anima in acciaio inossidabile BCC e
skin CFRP: esperimento e numeri”

Perché i reticoli sono importanti?

Sono una classe di materiali cellulari, utilizzati in strutture che devono essere leggere, per l’efficienza del carburante e il carico utile aggiunto. Possono essere multifunzionali. L’esempio migliore è il micro scambiatore di calore, in cui la geometria della cella e il materiale possono essere ottimizzati per il trasferimento di calore.

Quali applicazioni ci sono per reticoli?

Strutture sandwich di materiali core. Qualsiasi elemento strutturale che si piega o è soggetto a carichi locali.

Perché EBM e SLM?

EBM, SLM sono buoni per realizzare strutture di microlattice e il processo è stato migliorato e ottimizzato per diversi anni.

Dove ti aspetti che vengano utilizzati nelle parti di uso finale?

Si stanno integrando in parti leggere .. attualmente staffe in aerospaziale, micro droni, equipaggiamento di raffreddamento in veicoli spaziali.

Quali industrie potrebbero beneficiare del loro utilizzo?

Attualmente di fascia alta (aerospaziale, bio, auto sportive di fascia alta) .. ma l’uso del binder jetting porterà i costi al mainstream.

Quali materiali creano i migliori reticoli?

È limitato per SLM / EBM ma è più ampio per il binder jetting. Le leghe di alluminio e titanio sono buone per leggere, ma più difficili da lavorare.

Quanto pensi che saranno significativi?

I microlattici fanno parte del più ampio campo dei materiali architettonici e dei metamateriali. La stampa 3D offre nuove opportunità per questi.

L’idea di progettare un particolare materiale che si comporterà in un modo particolare per risolvere in modo ottimale una specifica sfida di progettazione per una sola parte di un aereo, per esempio, è molto nuova. I microlattici sono eccitanti nuove strutture che potrebbero benissimo darci nuovi modi per risolvere le sfide del design in modi completamente nuovi. Un materiale non è più un dato, ma può essere creato e realizzato per uno scopo ben preciso. Attraverso la stampa 3D, la creazione, il test e la produzione di “un materiale per ogni voxel” potrebbe diventare una realtà manifatturiera. Il libro di Robert è, quindi, un’introduzione molto tempestiva per gli ingegneri che guardano profondamente al potenziale di cambiamento reale che la stampa 3D potrebbe portare al business.

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