Van bouten en moeren tot slimme metalen: Nieuwe 3D-geprinte vormgeheugenlegeringen kunnen techniek herdefiniëren
Onderzoekers hebben actieve in elkaar grijpende metasurfaces (ILM's) ontwikkeld met behulp van vormgeheugenlegeringen (SMA's) zoals nikkel-titanium (NiTi), metalen die zich kunnen "herinneren" en terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm wanneer ze verwarmd worden. Deze nieuwe ILM's kunnen op basis van temperatuur vergrendelen en ontgrendelen, waardoor het een slimmere manier is om mechanische verbindingen tussen materialen te maken.
Traditioneel worden verbindingen en bevestigingsmiddelen zoals bouten of lijmen gebruikt om onderdelen bij elkaar te houden. ILM's gebruiken echter minuscule vergrendelingsfuncties om onderdelen met elkaar te verbinden, waardoor ze kracht kunnen overbrengen en beweging in precieze richtingen kunnen beperken. U vraagt zich misschien af waar de innovatie in dit alles zit? Het zit hem in de toevoeging van actieve materialen zoals NiTi, die van vorm veranderen wanneer ze verwarmd worden, om deze verbindingen responsiever te maken. Deze gewrichten maken het mogelijk om de oppervlakken gecontroleerd in en uit elkaar te bewegen, zonder dat er handmatige tussenkomst of externe kracht nodig is.
De studie onderzocht twee verschillende ILM-ontwerpen, genaamd Pinch Grip (PG) en Expanding Anchors (EA). Deze werden gemaakt met behulp van een techniek die additive manufacturing heet, wat vergelijkbaar is met 3D-printen maar dan voor metalen. Door deze structuren te verhitten, konden de onderzoekers het vormgeheugeneffect (SME) activeren, waardoor de onderdelen naar behoefte konden bewegen, vergrendelen of ontgrendelen. Dit maakt de verbindingen aanpasbaar en ideaal voor dynamische omgevingen, waar onderdelen vaak opnieuw in elkaar gezet of aangepast moeten worden.
Met behulp van computermodellen (eindige-elementenanalyse) kon het team voorspellen hoe deze ILM's zich onder stress zouden gedragen, en thermomechanische tests toonden aan dat ze bestand waren tegen herhaald gebruik zonder hun kracht of vormherstellend vermogen te verliezen.
Dit onderzoek is een belangrijk voorbeeld van hoe het combineren van geavanceerde materialen en additive manufacturing kan leiden tot nieuwe manieren om sterke, flexibele en slimme verbindingen te maken voor engineering en industriële toepassingen.
Bron(nen)
