Översikt över denna recension av TPMS porösa strukturer. Kredit:Av Jiawei Feng, Jianzhong Fu, Xinhua Yao, Yong He.
Med den snabba utvecklingen av materialvetenskap och tillverkningsvetenskap har ett stort antal komplexa strukturer designats, tillverkats och tillämpats inom industriområdet.
De flesta av de nuvarande industriella applikationerna tillhör solida strukturer utan hål. Vissa inre hål betraktas till och med som strukturella tillverkningsfel. Det finns dock ett stort antal intrikata porösa strukturer i naturen, såsom skelett, bikakor, koraller, svampar och kork. De speciella egenskaperna hos naturliga porösa strukturer lockar forskare att försöka designa olika biomimetiska porösa strukturer. Biomimetiska porösa strukturer representerade av bikakor, skum och galler har uppnått utmärkta appliceringsresultat i tidigare studier.
Under de senaste åren har fler och fler forskare försökt använda TPMS för att designa och tillverka porösa strukturer. TPMS är en periodisk slät implicit yta med noll medelkurvatur. Jämfört med andra typer av porösa strukturer har den porösa TPMS-strukturen två uppenbara fördelar:(1) Den övergripande TPMS-porösa strukturen kan beskrivas exakt med matematiska uttryck. De grundläggande egenskaperna såsom porositet och volymspecifik yta kan styras direkt av funktionsuttrycksparametrarna; (2) Ytan på TPMS är mycket slät. Det finns inga skarpa svängar eller anslutningspunkter för den porösa strukturen av gallret. Och den övergripande strukturen är starkt sammankopplad. I vissa biologiska vävnader i naturen har strukturer som liknar TPMS hittats.
För närvarande blommar forskningen om den porösa strukturen hos TPMS, men det finns fortfarande många problem i nyckelstegen av design, tillverkning och tillämpning som måste lösas.
Nyligen publicerade postdoktor Feng Jiawei, professor Fu Jianzhong, docent Yao Xinhua och professor He Yong från School of Mechanical Engineering, Zhejiang University "Triply periodic minimal surface (TPMS) porous structures:From multi-scale design, precise additive manufacturing till multidisciplinära tillämpningar" i International Journal of Extreme Manufacturing , som systematiskt sammanfattade forskningsframstegen för tre gånger periodiska minimala ytporösa strukturer under de senaste åren.
Artikeln sammanfattade de nuvarande geometriska designalgoritmerna och prestandakontrollstrategierna för TPMS porösa strukturer. Utifrån det diskuterades olika precisionstillverkningsmetoder för additiv tillverkning för tillverkning av TPMS-porösa strukturer. Prestandafördelarna med TPMS porös struktur och breda tillämpningsmöjligheter i framtiden illustrerades också.
De flesta av de naturliga porösa strukturerna har ojämna och oregelbundna porer. Baserat på de implicita ytegenskaperna hos TPMS, genom att kontrollera fördelningen av periodiska parametrar och krökningsparametrar, kan biomimetiska strukturer som liknar naturliga porösa strukturer genereras.
När det gäller inre porer har en mängd olika icke-likformiga (gradient), icke-homogena, flerskaliga TPMS-designalgoritmer för porös struktur föreslagits. När det gäller formen på de porösa strukturerna, genom att kombinera olika beräkningsgeometrialgoritmer, kan den friformiga ytformen TPMS-porösa strukturen genereras.
Prestandaanalysen av TPMS porösa struktur har varit en forskningshotspot de senaste åren. Ur olika discipliners perspektiv har forskare analyserat den multidisciplinära tillämpningsprestandan för TPMS-porös struktur, såsom mekanik, termik och akustik.
Jämfört med den traditionella topologiska porösa strukturen har TPMS unika fördelar. Den släta geometrin har en betydande effekt på den faktiska prestandaförbättringen. På basis av de strukturella egenskaperna fokuserar ett stort antal aktuella undersökningar på hur man ytterligare kan optimera och förbättra de strukturella egenskaperna hos TPMS för att möta de allt mer komplexa industriella tillämpningskraven.
Additiv tillverkningsteknik är en idealisk lösning för tillverkning av invecklade TPMS-porösa strukturer. Olika processer har försökt tillverka TPMS porösa strukturer, inklusive selektiv lasersmältning (SLM), selektiv lasersintring (SLS), Stereo Lithography Apparatus (SLA), digital ljusbearbetning (DLP), fused deposition modellering (FDM), etc.
Genom att välja lämpliga material och bearbetningstekniker kan olika typer av TPMS-porösa strukturer med hög precision tillverkas. Men i processen med vägplanering finns det fortfarande en brist på effektiva och exakta processplaneringsmetoder för TPMS-porösa strukturer. Och det finns fortfarande mycket utrymme för förbättring när det gäller tillverkningskvalitet.
Med den kontinuerliga förbättringen av nivån på design och tillverkning, i kombination med utmärkta strukturella egenskaper, har TPMS porösa strukturer framgångsrikt tillämpats i många discipliner. De inre porerna i TPMS kan komma in i plattformsstadiet under tryckbelastning för att kontinuerligt absorbera energi.
För närvarande har det funnits ett stort antal rapporter om tillämpningen av TPMS-energibuffertenheter med porös struktur. De släta porerna i TPMS är mycket lämpliga för celladsorption och tillväxt. Och porer är mer lämpliga för näringsämnen och näringsämnen.
För närvarande är forskningen om design, tillverkning och tillämpning av TPMS porös struktur fortfarande ett hett ämne. Kring det unika med TPMS porösa struktur har forskare genomfört en rad intressanta försök. Men det finns fortfarande många problem som kräver ytterligare diskussion och forskning.
Den nuvarande forskningen om design, tillverkning och tillämpning av TPMS-porösa strukturer är relativt isolerad. För att säkerställa god tillverkningskvalitet bör vissa tillverkningsprocessproblem läggas till som begränsningar för designprocessen för att förbättra tillverkningsbarheten av TPMS-porösa strukturer. De flesta porösa TPMS-strukturer som för närvarande används i praktiska tillämpningar är enhetliga porösa strukturer med regelbunden porfördelning.
I framtiden bör inflytandemekanismen för porfördelning på den faktiska prestandan utforskas ytterligare för att ytterligare optimera och förbättra prestandan hos TPMS porösa strukturer. Speciellt i den komplexa miljön för industriella applikationer är hur man förverkligar multifysisk prestandaanalys och multidisciplinär applikationsprestandakombination av TPMS-porös struktur en viktig grund för att främja en bredare tillämpning av TPMS-porös struktur. + Utforska vidare
