Vue d'ensemble de cette revue des structures poreuses TPMS. Crédit :Par Jiawei Feng, Jianzhong Fu, Xinhua Yao, Yong He.
Avec le développement rapide de la science des matériaux et de la science de la fabrication, un grand nombre de structures complexes ont été conçues, fabriquées et appliquées dans le domaine industriel.
La plupart des applications industrielles actuelles appartiennent à des structures solides sans trous. Certains trous internes sont même considérés comme des défauts de fabrication structurels. Cependant, il existe un grand nombre de structures poreuses complexes dans la nature, telles que des squelettes, des nids d'abeilles, des coraux, des éponges et du liège. Les propriétés particulières des structures poreuses naturelles incitent les chercheurs à essayer de concevoir diverses structures poreuses biomimétiques. Les structures poreuses biomimétiques représentées par des nids d'abeilles, des mousses et des treillis ont obtenu d'excellents résultats d'application dans des études antérieures.
Ces dernières années, de plus en plus de chercheurs ont essayé d'utiliser le TPMS pour concevoir et fabriquer des structures poreuses. TPMS est une surface implicite lisse périodique avec une courbure moyenne nulle. Par rapport à d'autres types de structures poreuses, la structure poreuse TPMS présente deux avantages évidents :(1) La structure poreuse TPMS globale peut être décrite avec précision par des expressions mathématiques. Les propriétés de base telles que la porosité et la surface spécifique volumique peuvent être directement contrôlées par les paramètres d'expression de la fonction; (2) La surface du TPMS est très lisse. Il n'y a pas de virages serrés ou de points de connexion de la structure poreuse en treillis. Et la structure globale est fortement interconnectée. Dans certains tissus biologiques de la nature, des structures très similaires au TPMS ont été trouvées.
À l'heure actuelle, la recherche sur la structure poreuse du TPMS est en plein essor, mais il reste encore de nombreux problèmes dans les étapes clés de la conception, de la fabrication et de l'application qui doivent être résolus.
Récemment, le boursier postdoctoral Feng Jiawei, le professeur Fu Jianzhong, le professeur agrégé Yao Xinhua et le professeur He Yong de l'École de génie mécanique de l'Université du Zhejiang ont publié « Structures poreuses à surface minimale triplement périodique (TPMS) :de la conception à plusieurs échelles, fabrication additive précise aux applications multidisciplinaires" dans International Journal of Extreme Manufacturing , qui résume systématiquement les progrès de la recherche sur les structures poreuses de surface minimales triplement périodiques au cours des dernières années.
L'article résume les algorithmes de conception géométrique actuels et les stratégies de contrôle des performances pour les structures poreuses TPMS. Sur cette base, diverses méthodes de fabrication additive de précision pour la fabrication de structures poreuses TPMS ont été discutées. Les avantages en termes de performances de la structure poreuse du TPMS et les vastes perspectives d'application à l'avenir ont également été illustrés.
La plupart des structures poreuses naturelles ont des pores non uniformes et irréguliers. Sur la base des caractéristiques de surface implicites du TPMS, en contrôlant la distribution des paramètres périodiques et des paramètres de courbure, des structures biomimétiques similaires aux structures poreuses naturelles peuvent être générées.
En termes de pores internes, une variété d'algorithmes de conception de structure poreuse TPMS non uniformes (gradient), non homogènes et multi-échelles ont été proposés. En termes de forme des structures poreuses, en combinant divers algorithmes de géométrie computationnelle, la structure poreuse TPMS de forme de surface de forme libre peut être générée.
L'analyse des performances de la structure poreuse TPMS a été un point chaud de la recherche ces dernières années. Du point de vue de différentes disciplines, les chercheurs ont analysé les performances des applications multidisciplinaires de la structure poreuse TPMS, telles que la mécanique, la thermique et l'acoustique.
Comparé à la structure poreuse topologique traditionnelle, le TPMS présente des avantages uniques. La géométrie lisse a un effet significatif sur l'amélioration réelle des performances. Sur la base des propriétés structurelles, un grand nombre de recherches actuelles se concentrent sur la manière d'optimiser et d'améliorer davantage les propriétés structurelles du TPMS pour répondre aux exigences d'application industrielle de plus en plus complexes.
La technologie de fabrication additive est une solution idéale pour la fabrication de structures poreuses TPMS complexes. Divers procédés ont été tentés pour fabriquer des structures poreuses TPMS, y compris la fusion sélective au laser (SLM), le frittage sélectif au laser (SLS), l'appareil de stéréolithographie (SLA), le traitement numérique de la lumière (DLP), la modélisation par dépôt de fusion (FDM), etc.
En sélectionnant des matériaux et des techniques de traitement appropriés, divers types de structures poreuses TPMS de haute précision peuvent être fabriqués. Cependant, dans le processus de planification de chemin, il manque encore des méthodes de planification de processus efficaces et précises pour les structures poreuses TPMS. Et il y a encore beaucoup de place pour l'amélioration de la qualité de fabrication.
Avec l'amélioration continue du niveau de conception et de fabrication, combinée à d'excellentes propriétés structurelles, les structures poreuses TPMS ont été appliquées avec succès dans de nombreuses disciplines. Les pores internes du TPMS peuvent entrer dans la plate-forme sous une charge de compression pour absorber en continu l'énergie.
À l'heure actuelle, il y a eu un grand nombre de rapports sur l'application des dispositifs tampons d'énergie à structure poreuse TPMS. Les pores lisses du TPMS conviennent parfaitement à l'adsorption et à la croissance des cellules. Et les pores sont plus adaptés aux nutriments et aux nutriments.
À l'heure actuelle, la recherche sur la conception, la fabrication et l'application de la structure poreuse TPMS est toujours un sujet brûlant. Autour du caractère unique de la structure poreuse du TPMS, les chercheurs ont mené une série de tentatives intéressantes. Mais il reste encore de nombreux problèmes qui nécessitent des discussions et des recherches plus approfondies.
La recherche actuelle sur la conception, la fabrication et l'application de structures poreuses TPMS est relativement isolée. Afin d'assurer une bonne qualité de fabrication, certains problèmes de processus de fabrication doivent être ajoutés en tant que contraintes au processus de conception pour améliorer la fabricabilité des structures poreuses TPMS. La plupart des structures poreuses TPMS actuellement utilisées dans les applications pratiques sont des structures poreuses uniformes avec une distribution régulière des pores.
À l'avenir, le mécanisme d'influence de la distribution des pores sur les performances réelles devrait être exploré davantage, afin d'optimiser et d'améliorer davantage les performances des structures poreuses TPMS. En particulier dans l'environnement complexe des applications industrielles, la manière de réaliser l'analyse des performances multi-physiques et l'optimisation de la combinaison des performances des applications multidisciplinaires de la structure poreuse TPMS est une base importante pour promouvoir l'application plus large de la structure poreuse TPMS. La recherche relie la structure poreuse du silicium et sa capacité à "piéger" la lumière incidente
