Con el rápido desarrollo de la ciencia de los materiales y la ciencia de la fabricación, se ha diseñado, fabricado y aplicado una gran cantidad de estructuras complejas en el campo industrial.

La mayoría de las aplicaciones industriales actuales pertenecen a estructuras sólidas sin agujeros. Algunos agujeros internos incluso se consideran defectos de fabricación estructurales. Sin embargo, hay una gran cantidad de estructuras porosas intrincadas en la naturaleza, como esqueletos, panales, corales, esponjas y corcho. Las propiedades especiales de las estructuras porosas naturales atraen a los investigadores a intentar diseñar diversas estructuras porosas biomiméticas. Las estructuras porosas biomiméticas representadas por panales, espumas y celosías han logrado excelentes resultados de aplicación en estudios previos.

En los últimos años, cada vez más investigadores han intentado utilizar TPMS para diseñar y fabricar estructuras porosas. TPMS es una superficie implícita suave periódica con curvatura media cero. En comparación con otros tipos de estructuras porosas, la estructura porosa de TPMS tiene dos ventajas obvias:(1) La estructura porosa general de TPMS se puede describir con precisión mediante expresiones matemáticas. Las propiedades básicas como la porosidad y el área superficial específica del volumen pueden controlarse directamente mediante los parámetros de expresión de la función; (2) La superficie de TPMS es muy suave. No hay giros bruscos o puntos de conexión de la estructura porosa de celosía. Y la estructura general está altamente interconectada. En algunos tejidos biológicos de la naturaleza se han encontrado estructuras muy similares al TPMS.

En la actualidad, la investigación sobre la estructura porosa de TPMS está floreciendo, pero todavía hay muchos problemas en los pasos clave de diseño, fabricación y aplicación que deben resolverse.

Recientemente, el becario postdoctoral Feng Jiawei, el profesor Fu Jianzhong, el profesor asociado Yao Xinhua y el profesor He Yong de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Zhejiang publicaron "Estructuras porosas de superficie mínima triplemente periódica (TPMS):del diseño multiescala, la fabricación aditiva precisa a aplicaciones multidisciplinares" en International Journal of Extreme Manufacturing , que resumió sistemáticamente el progreso de la investigación de las estructuras porosas superficiales mínimas triplemente periódicas en los últimos años.

El artículo resumió los algoritmos de diseño geométrico actuales y las estrategias de control de rendimiento para las estructuras porosas de TPMS. En base a eso, se discutieron varios métodos de fabricación aditiva de precisión para fabricar estructuras porosas de TPMS. También se ilustraron las ventajas de rendimiento de la estructura porosa de TPMS y las amplias perspectivas de aplicación en el futuro.

La mayoría de las estructuras porosas naturales tienen poros no uniformes e irregulares. Sobre la base de las características superficiales implícitas de TPMS, mediante el control de la distribución de los parámetros periódicos y los parámetros de curvatura, se pueden generar estructuras biomiméticas similares a las estructuras porosas naturales.

En términos de poros internos, se ha propuesto una variedad de algoritmos de diseño de estructuras porosas TPMS no uniformes (gradiente), no homogéneos y de múltiples escalas. En términos de la forma de las estructuras porosas, mediante la combinación de varios algoritmos de geometría computacional, se puede generar la estructura porosa TPMS de forma de superficie de forma libre.

El análisis del rendimiento de la estructura porosa de TPMS ha sido un tema de investigación en los últimos años. Desde la perspectiva de diferentes disciplinas, los investigadores han analizado el rendimiento de la aplicación multidisciplinar de la estructura porosa de TPMS, como la mecánica, la térmica y la acústica.

En comparación con la estructura porosa topológica tradicional, TPMS tiene ventajas únicas. La geometría suave tiene un efecto significativo en la mejora del rendimiento real. Sobre la base de las propiedades estructurales, una gran cantidad de investigaciones actuales se centran en cómo optimizar y mejorar aún más las propiedades estructurales de TPMS para cumplir con los requisitos de aplicaciones industriales cada vez más complejos.

La tecnología de fabricación aditiva es una solución ideal para la fabricación de estructuras porosas complejas de TPMS. Se han intentado varios procesos para fabricar estructuras porosas TPMS, incluida la fusión selectiva por láser (SLM), la sinterización selectiva por láser (SLS), el aparato de estereolitografía (SLA), el procesamiento de luz digital (DLP), el modelado por deposición fundida (FDM), etc.

Mediante la selección de materiales y técnicas de procesamiento apropiados, se pueden fabricar varios tipos de estructuras porosas TPMS de alta precisión. Sin embargo, en el proceso de planificación de rutas, todavía faltan métodos de planificación de procesos eficientes y precisos para las estructuras porosas de TPMS. Y todavía hay mucho margen de mejora en la calidad de fabricación.

Con la mejora continua del nivel de diseño y fabricación, combinado con excelentes propiedades estructurales, las estructuras porosas TPMS se han aplicado con éxito en muchas disciplinas. Los poros internos de TPMS pueden ingresar a la etapa de la plataforma bajo una carga de compresión para absorber energía continuamente.

En la actualidad, ha habido una gran cantidad de informes sobre la aplicación de dispositivos de amortiguación de energía de estructura porosa TPMS. Los poros suaves de TPMS son muy adecuados para la adsorción y el crecimiento celular. Y los poros son más adecuados para nutrientes y nutrientes.

En la actualidad, la investigación sobre el diseño, fabricación y aplicación de la estructura porosa TPMS sigue siendo un tema candente. En torno a la singularidad de la estructura porosa de TPMS, los investigadores han llevado a cabo una serie de intentos interesantes. Pero todavía hay muchos problemas que necesitan mayor discusión e investigación.

La investigación actual sobre el diseño, fabricación y aplicación de estructuras porosas TPMS está relativamente aislada. Para garantizar una buena calidad de fabricación, se deben agregar algunos problemas del proceso de fabricación como restricciones al proceso de diseño para mejorar la capacidad de fabricación de las estructuras porosas de TPMS. La mayoría de las estructuras porosas de TPMS que se utilizan actualmente en aplicaciones prácticas son estructuras porosas uniformes con una distribución de poros regular.

En el futuro, se debe explorar más a fondo el mecanismo de influencia de la distribución de poros en el rendimiento real, para optimizar y mejorar aún más el rendimiento de las estructuras porosas de TPMS. Especialmente en el entorno complejo de las aplicaciones industriales, cómo realizar el análisis de rendimiento multifísico y la optimización de combinación de rendimiento de aplicaciones multidisciplinarias de la estructura porosa TPMS es una base importante para promover la aplicación más amplia de la estructura porosa TPMS. + Explora más

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