Drukowanie 3D Skręcanie i obrotowe struktury bistabilne

W artykule zatytułowanym "Drukowanie 3D skręcanych i rotacyjnych struktur bistabilnych z elementami tuningowymi" grupa badaczy zwraca uwagę, że większość struktur drukowanych 3D jak dotąd stanowiły "statyczne struktury o ustalonych kształtach i funkcjach". Następnie kontynuują pracę. wprowadzenie bistabilności w druku 3D - w szczególności skręcanie i obrotowe struktury bistabilne. Wykorzystują do tego polimery z pamięcią kształtu (SMP); SMP to inteligentne materiały, które potrafią zapamiętać stały kształt, a także mają wiele tymczasowych kształtów.

"Najpierw prezentujemy trójwymiarowe bistabilne struktury, które umożliwiają skręcanie i rotacyjną rekonfigurację" - stwierdzają naukowcy. "Nasze projekty oparte są na zgodnych mechanizmach, ale w przeciwieństwie do konwencjonalnych konstrukcji monolitycznych bez połączeń, wprowadzamy specjalne połączenia, które umożliwiają drukowanie w 3D całych komponentów bez konieczności montażu. Te stawy są również ważne dla strojenia bistabilności. Następnie, wykorzystując elementy SMP, pokazujemy dostrajane komponenty bistabilne. "

Wykorzystując przestrajalne elementy SMP osadzone w komponentach skręcania i rotacji, naukowcy byli w stanie dostosować skręty lub kąty rotacji i kontrolować ogólny kształt bistabilności -energetyczny diagram. Te przestrajalne komponenty bistabilne mogą być używane do uproszczonego sterowania ruchem w aktuatorach lub do przełączników mechanicznych.

Do drukowania elementów składowych 3D zastosowano wieloczęściową drukarkę 3D Stratasys J750. Naukowcy wprowadzili specjalne połączenia, aby skonstruować skrętne i obrotowe elementy bistabilne bez konieczności ich montażu. Przeguby kulowe zastosowano w skręcaniu elementów i połączeń sworzniowych w obrotowych.

"Co więcej, wprowadzając SMP, wykazaliśmy dostrajalność bistabilności zarówno w skręcanych, jak i obrotowych komponentach" - kontynuują. "Projektując właściwe elementy SMP, po wydrukowaniu możemy ponownie wyregulować wykres bistabilności energii i uzyskać przestrajalne struktury bistabilne. To znacznie zwiększa przestrajalność i przydatność bistabilności w różnych elementach drukowanych 3D. " CD3D .

Struktury bistabilne mają dwa stabilne stany, które są oddzielone barierą energetyczną.

"Te stabilne stany są lokalnymi minimami diagramu energii-potencjału-energii" - wyjaśniają naukowcy. "Przełączanie pomiędzy dwiema stabilnymi konfiguracjami (stany A i B) można wykonać odwracalnie wiele razy poprzez odpowiednie mechaniczne działania z siłami bocznymi lub obrotowymi. Nachylenie na wykresie potencjału energii wskazujesiła przyłożona przy danym przemieszczeniu. Aby pokonać barierę energetyczną i wprowadzić transformację w inny kształt, powinniśmy zastosować wystarczającą ilość energii, aby pokonać tę barierę. Kiedy miniemy górną granicę bariery, struktura zostanie zdeformowana w inny stabilny, stan niższej energii automatycznie bez dodatkowej energii. "

Bistabilna struktura pozostaje stabilna w czasie bez zużycia energii, ponieważ jest w pozycja stabilnej energii. Małe zakłócenia nie zmieniają stabilnej pozycji, naukowcy kontynuują, więc system kontroli ruchu w otwartej pętli jest odpowiedni do dokładnej kontroli ruchu.

Wprowadzenie SMP do bistabilnych komponentów może potencjalnie umożliwić ruchy reagujące na bodźce, które są przydatne dla inteligentnych i programowalnych czujników i urządzeń wykonawczych, według naukowców. SMP mogą być użyte do aktywnej rekonfiguracji w bistabilnych strukturach.

Autorami publikacji są Hoon Yeub Jeung, Soo-Chan An, In Cheol Seo, Eunseo Lee, Sangho Ha, Namhun Kim i Young Chul Jun.