Les progrès de l'ingénierie des matériaux ont conduit au développement de structures légères à la fois solides et rigides, qui transforment l'aérospatiale, industries automobile et médicale. Techniques de fabrication conventionnelles comme le moulage et l'usinage, cependant, limiter les conceptions qui peuvent être fabriquées car elles sont sujettes à des inexactitudes et ont du mal à obtenir les meilleurs résultats.

Maintenant, les scientifiques d'A*STAR ont inventé une méthode qui utilise des techniques de fabrication additive pour créer des structures en treillis léger avec une rigidité et une résistance considérablement améliorées1, ouvrant la voie à de nouveaux matériaux à utiliser dans un large éventail d'applications, notamment les matériaux absorbant les chocs et les structures sandwich.

La conception et l'optimisation de structures alvéolaires légères et en treillis est un domaine émergent rendu possible par les avancées de la fabrication additive métal et polymère, comme la capacité d'imprimer avec précision des géométries très complexes.

En imitant les structures présentes dans la nature, Stephen Daynes et ses collègues du Singapore Institute of Manufacturing Technology d'A*STAR ont développé une méthode pour créer ces nouveaux matériaux robustes en collaboration avec des chercheurs de l'Université nationale de Singapour.

« Les structures en treillis dépassent les performances structurelles des matériaux solides conventionnels pour une utilisation dans des noyaux sandwich légers, implants médicaux et une nouvelle classe de métamatériaux de type treillis aux propriétés mécaniques et thermiques spécifiques, " explique Daynes. " En utilisant une nouvelle méthode biomimétique, nous avons pu créer des structures cellulaires et en treillis similaires à celles observées dans le bambou et les os humains."

Les chercheurs ont déterminé les principales lignes de stress, appelées lignes isostatiques, dans le réseau en utilisant une méthode qui combine la topologie et l'optimisation de la taille. Cette approche permet la taille, forme et orientation de chaque alvéole de la structure à façonner, réduisant considérablement le stress entre les cellules du réseau voisines.

Les chercheurs ont comparé les performances de leur structure en treillis gradué avec un noyau en treillis uniforme et ont constaté que leur conception optimisée avait augmenté la rigidité de 172 pour cent et la résistance de 100 pour cent.

"Notre technique peut créer de la légèreté, des treillis à gradation fonctionnelle qui améliorent considérablement la rigidité et la résistance des structures sandwich fabriquées de manière additive sans augmenter leur masse, " dit Daynes. " Ces structures sont particulièrement bien adaptées aux procédés de fabrication additive car elles ne sont en grande partie pas contraintes par la complexité de fabrication. "

"Nous prévoyons d'appliquer la méthodologie à des champs de contraintes tridimensionnels, où l'utilisation de treillis échelonnés dans l'espace peut conduire à des matériaux nouveaux et plus efficaces en termes de poids, " dit Daynes.