Los avances en la ingeniería de materiales han llevado al desarrollo de estructuras ligeras que son a la vez fuertes y rígidas, que están transformando la industria aeroespacial, industrias automotriz y médica. Técnicas de fabricación convencionales como fundición y mecanizado, sin embargo, limite los diseños que se pueden fabricar, ya que son propensos a inexactitudes y luchan por lograr los mejores resultados.

Ahora, Los científicos de A * STAR han inventado un método que utiliza técnicas de fabricación aditiva para crear estructuras de celosía livianas con rigidez y resistencia mucho mejores1, allanando el camino para nuevos materiales para su uso en una amplia gama de aplicaciones, incluidos materiales absorbentes de impactos y estructuras tipo sándwich.

El diseño y la optimización de estructuras de celosía y celosía ligeras es un campo emergente que ha sido posible gracias a los avances en la fabricación aditiva de metales y polímeros. como la capacidad de imprimir con precisión geometrías muy complejas.

Al imitar estructuras que ocurren en la naturaleza, Stephen Daynes y sus colegas del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur de A * STAR han desarrollado un método para crear estos nuevos materiales robustos en colaboración con investigadores de la Universidad Nacional de Singapur.

"Las estructuras de celosía superan el rendimiento estructural de los materiales sólidos convencionales para su uso en núcleos sándwich ligeros, implantes médicos y una nueva clase de metamateriales tipo celosía con propiedades mecánicas y térmicas específicas, "explica Daynes." Con un nuevo método biomimético, pudimos crear estructuras celulares y de celosía similares a las que se ven en el bambú y los huesos humanos ".

Los investigadores determinaron las principales líneas de estrés, llamadas líneas isostáticas, en la celosía utilizando un método que combina topología y optimización de tamaño. Este enfoque permite el tamaño, forma y orientación de cada celda en la estructura que se va a adaptar, reduciendo significativamente la tensión entre las celdas de celosía vecinas.

Los investigadores compararon el rendimiento de su estructura de celosía graduada con un núcleo de celosía uniforme y encontraron que su diseño optimizado había aumentado la rigidez en un 172% y la resistencia en un 100%.

"Nuestra técnica puede crear ligeros, celosías funcionalmente graduadas que mejoran en gran medida la rigidez y la resistencia de las estructuras sándwich fabricadas de forma aditiva sin aumentar su masa, ", dice Daynes." Estas estructuras son particularmente adecuadas para los procesos de fabricación aditiva, ya que en gran medida no están restringidas por la complejidad de la fabricación ".

"Planeamos aplicar la metodología a campos de tensión tridimensionales, donde el empleo de celosías escalonadas espacialmente puede conducir a materiales novedosos y más eficientes en peso, "dice Daynes.