Painéis compostos que ensanduicham um núcleo interno poroso entre duas folhas externas sólidas estão cada vez mais sendo usados ​​em aeronaves para reduzir o peso, mantendo a rigidez estrutural. Um estudo liderado pela A * STAR pode ajudar outras indústrias a explorar os benefícios dos painéis sanduíche usando a impressão tridimensional (3-D) para gerar estruturas centrais otimizadas para diferentes cargas mecânicas.

Muitos painéis sanduíche existentes têm núcleos inspirados nas células hexagonais eficientemente embaladas dentro das colmeias. Recentemente, pesquisadores investigaram estratégias para minimizar os pesos dos núcleos, construindo estruturas semelhantes a redes mantidas juntas por vigas finas conhecidas como treliças. Mas evitar que essas treliças deformem ou dobrem prematuramente ainda é um desafio constante.

Uma maneira surpreendente de os engenheiros resolverem esse problema é alternar de treliças normalmente retas para outras com saliências, ondas, e outras características irregulares. "As variações de diâmetro permitem o espessamento local onde ocorrem os maiores momentos de flambagem, enquanto reduz a espessura em outras áreas ao longo das treliças, "explica Stefanie Feih do Instituto de Tecnologia de Fabricação de Cingapura (SIMTech) da A * STAR." Podemos, portanto, manter a mesma massa, mas aumente a resistência à flambagem significativamente. "

Em colaboração com pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST), Feih e seus colegas desenvolveram um método para identificar os tipos mais fortes de treliças não uniformes. Eles conseguiram isso usando técnicas matemáticas para caracterizar superfícies complexas como variáveis ​​simples - a suavidade de uma superfície, por exemplo, ou a frequência de uma forma recorrente. Um algoritmo computacional então calcula a resistência à flambagem de diferentes treliças geométricas, e sugere candidatos com base nos parâmetros de design de entrada.

Lei Zhang, um Ph.D. estudante da NUS que ajudou a conduzir o estudo, observa que com apenas algumas variáveis ​​para otimização, este método pode ser facilmente dimensionado além de formas unidimensionais simples. Para demonstrar isso, os pesquisadores modelaram uma estrutura 3-D, conhecido como uma rede Kagome, onde treliças em forma de estrela têm braços que se estendem em seis direções diferentes. Suas simulações isolaram uma estrutura irregular com 20 por cento melhor resistência à flambagem do que treliças uniformes do mesmo peso.

Como as tecnologias de fabricação comercial são voltadas para a produção de itens uniformes, a equipe se voltou para a manufatura aditiva para gerar um painel sanduíche protótipo a partir da estrutura de rede Kagome com formato ideal. O núcleo impresso 3-D resultante validou as previsões do modelo, preparando o terreno para futuras aplicações industriais.

"Os projetos atuais de estrutura de rede não estão aproveitando totalmente as possibilidades de manufatura aditiva, "diz Feih." Nosso trabalho destaca o potencial para projetos multifuncionais personalizados, combinando, por exemplo, requisitos mecânicos e térmicos em um único componente. "