Os avanços na engenharia de materiais levaram ao desenvolvimento de estruturas leves que são fortes e rígidas, que estão transformando a indústria aeroespacial, indústrias automotivas e médicas. Técnicas de fabricação convencionais, como fundição e usinagem, Contudo, limite os designs que podem ser fabricados, pois são propensos a imprecisões e se esforçam para obter os melhores resultados.

Agora, os cientistas da A * STAR inventaram um método que usa técnicas de manufatura aditiva para criar estruturas de treliça leves com rigidez e resistência bastante aprimoradas1, pavimentando o caminho para novos materiais para uso em uma ampla gama de aplicações, incluindo materiais absorventes de impacto e estruturas sanduíche.

O projeto e a otimização de estruturas celulares e treliçadas leves é um campo emergente possibilitado pelos avanços na fabricação de aditivos de metal e polímero, como a capacidade de imprimir geometrias altamente complexas com precisão.

Ao imitar estruturas que ocorrem na natureza, Stephen Daynes e colegas do Instituto de Tecnologia de Fabricação de Cingapura da A * STAR desenvolveram um método para criar esses novos materiais robustos em colaboração com pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura.

"Estruturas reticuladas excedem o desempenho estrutural de materiais sólidos convencionais para uso em núcleos sanduíche leves, implantes médicos e uma nova classe de metamateriais do tipo rede com propriedades mecânicas e térmicas específicas, "explica Daynes." Usando um novo método biomimético, fomos capazes de criar estruturas celulares e reticuladas semelhantes às vistas em bambu e ossos humanos. "

Os pesquisadores determinaram as principais linhas de estresse, chamadas linhas isostáticas, na rede usando um método que combina topologia e otimização de tamanho. Essa abordagem permite o tamanho, forma e orientação de cada célula na estrutura a ser adaptada, reduzindo significativamente o estresse entre as células vizinhas da rede.

Os pesquisadores compararam o desempenho de sua estrutura de rede graduada com um núcleo de rede uniforme e descobriram que seu projeto otimizado aumentou a rigidez em 172 por cento e a resistência em 100 por cento.

"Nossa técnica pode criar peso leve, treliças com graduação funcional que melhoram muito a rigidez e a resistência de estruturas em sanduíche manufaturadas aditivamente sem aumentar sua massa, "diz Daynes." Essas estruturas são particularmente adequadas para processos de manufatura aditiva, uma vez que não são restringidas pela complexidade de manufatura. "

"Pretendemos aplicar a metodologia a campos de tensão tridimensionais, onde o emprego de treliças espacialmente graduadas pode levar a materiais novos e mais eficientes em peso, "diz Daynes.