Com o rápido desenvolvimento da ciência dos materiais e da ciência da fabricação, um grande número de estruturas complexas foi projetado, fabricado e aplicado no campo industrial.
A maioria das aplicações industriais atuais pertencem a estruturas sólidas sem furos. Alguns furos internos são considerados até mesmo como defeitos estruturais de fabricação. No entanto, há um grande número de estruturas porosas intrincadas na natureza, como esqueletos, favos de mel, corais, esponjas e cortiça. As propriedades especiais das estruturas porosas naturais atraem pesquisadores para tentar projetar várias estruturas porosas biomiméticas. Estruturas porosas biomiméticas representadas por favos de mel, espumas e treliças obtiveram excelentes resultados de aplicação em estudos anteriores.

Nos últimos anos, mais e mais pesquisadores tentaram usar o TPMS para projetar e fabricar estruturas porosas. O TPMS é uma superfície implícita lisa periódica com curvatura média zero. Comparada com outros tipos de estruturas porosas, a estrutura porosa do TPMS tem duas vantagens óbvias:(1) A estrutura porosa geral do TPMS pode ser descrita com precisão por expressões matemáticas. As propriedades básicas como porosidade e área de superfície específica do volume podem ser controladas diretamente pelos parâmetros da expressão da função; (2) A superfície do TPMS é muito lisa. Não há curvas fechadas ou pontos de conexão da estrutura porosa da treliça. E a estrutura geral é altamente interconectada. Em alguns tecidos biológicos na natureza, foram encontradas estruturas muito semelhantes ao TPMS.

Atualmente, a pesquisa sobre a estrutura porosa do TPMS está florescendo, mas ainda existem muitos problemas nas principais etapas de projeto, fabricação e aplicação que precisam ser resolvidos.

Recentemente, o colega de pós-doutorado Feng Jiawei, o professor Fu Jianzhong, o professor associado Yao Xinhua e o professor He Yong da Escola de Engenharia Mecânica da Universidade de Zhejiang publicaram "Estruturas porosas de superfície mínima triplamente periódica (TPMS):desde design multiescala, fabricação aditiva precisa para aplicações multidisciplinares" em International Journal of Extreme Manufacturing , que resumiu sistematicamente o progresso da pesquisa de estruturas porosas de superfície mínima triplamente periódicas nos últimos anos.

O artigo resumiu os atuais algoritmos de projeto geométrico e estratégias de controle de desempenho para estruturas porosas de TPMS. Com base nisso, vários métodos de manufatura aditiva de precisão para a fabricação de estruturas porosas de TPMS foram discutidos. As vantagens de desempenho da estrutura porosa do TPMS e amplas perspectivas de aplicação no futuro também foram ilustradas.

A maioria das estruturas porosas naturais possui poros não uniformes e irregulares. Com base nas características de superfície implícitas do TPMS, controlando a distribuição de parâmetros periódicos e parâmetros de curvatura, podem ser geradas estruturas biomiméticas semelhantes a estruturas porosas naturais.

Em termos de poros internos, uma variedade de algoritmos de projeto de estrutura porosa TPMS não uniforme (gradiente), não homogêneo e multiescala foi proposto. Em termos da forma das estruturas porosas, combinando vários algoritmos de geometria computacional, a estrutura porosa TPMS de forma de superfície de forma livre pode ser gerada.

A análise de desempenho da estrutura porosa do TPMS tem sido um foco de pesquisa nos últimos anos. Do ponto de vista de diferentes disciplinas, pesquisadores analisaram o desempenho da aplicação multidisciplinar da estrutura porosa do TPMS, como mecânica, térmica e acústica.

Comparado com a estrutura porosa topológica tradicional, o TPMS tem vantagens únicas. A geometria suave tem um efeito significativo na melhoria do desempenho real. Com base nas propriedades estruturais, um grande número de pesquisas atuais se concentra em como otimizar e melhorar ainda mais as propriedades estruturais do TPMS para atender aos requisitos de aplicação industrial cada vez mais complexos.

A tecnologia de manufatura aditiva é uma solução ideal para a fabricação de estruturas porosas TPMS complexas. Vários processos foram tentados para fabricar estruturas porosas de TPMS, incluindo fusão seletiva a laser (SLM), sinterização seletiva a laser (SLS), aparelho de litografia estéreo (SLA), processamento de luz digital (DLP), modelagem de deposição fundida (FDM), etc.

Ao selecionar materiais e técnicas de processamento apropriados, vários tipos de estruturas porosas de TPMS de alta precisão podem ser fabricadas. No entanto, no processo de planejamento de trajetória, ainda faltam métodos de planejamento de processo eficientes e precisos para estruturas porosas de TPMS. E ainda há muito espaço para melhorias na qualidade de fabricação.

Com a melhoria contínua do nível de projeto e fabricação, combinada com excelentes propriedades estruturais, as estruturas porosas TPMS têm sido aplicadas com sucesso em muitas disciplinas. Os poros internos do TPMS podem entrar no estágio da plataforma sob carga compressiva para absorver energia continuamente.

Atualmente, tem havido um grande número de relatórios sobre a aplicação de dispositivos de buffer de energia de estrutura porosa TPMS. Os poros lisos do TPMS são muito adequados para adsorção e crescimento celular. E os poros são mais adequados para nutrientes e nutrientes.

Atualmente, a pesquisa sobre o projeto, fabricação e aplicação da estrutura porosa do TPMS ainda é um tema quente. Em torno da singularidade da estrutura porosa do TPMS, os pesquisadores realizaram uma série de tentativas interessantes. Mas ainda há muitos problemas que precisam de mais discussão e pesquisa.

A pesquisa atual sobre o projeto, fabricação e aplicação de estruturas porosas de TPMS é relativamente isolada. A fim de garantir uma boa qualidade de fabricação, alguns problemas do processo de fabricação devem ser adicionados como restrições ao processo de projeto para melhorar a fabricação de estruturas porosas de TPMS. A maioria das estruturas porosas de TPMS atualmente usadas em aplicações práticas são estruturas porosas uniformes com distribuição regular de poros.

No futuro, o mecanismo de influência da distribuição de poros no desempenho real deve ser mais explorado, de modo a otimizar e melhorar ainda mais o desempenho das estruturas porosas do TPMS. Especialmente no ambiente complexo de aplicações industriais, como realizar a análise de desempenho multi-física e otimização de combinação de desempenho de aplicação multidisciplinar da estrutura porosa do TPMS é uma base importante para promover a aplicação mais ampla da estrutura porosa do TPMS. + Explorar mais

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