I pannelli compositi che racchiudono un nucleo interno poroso tra due fogli esterni solidi vengono sempre più utilizzati negli aerei per ridurre il peso mantenendo la rigidità strutturale. Uno studio condotto da A*STAR può aiutare altre industrie a sfruttare i vantaggi dei pannelli sandwich utilizzando la stampa tridimensionale (3D) per generare strutture centrali ottimizzate per diversi carichi meccanici.

Molti pannelli sandwich esistenti hanno anime ispirate alle celle esagonali imballate in modo efficiente all'interno degli alveari. Recentemente, i ricercatori hanno studiato strategie per ridurre al minimo i pesi dei nuclei costruendo strutture simili a reticoli tenute insieme da travi sottili note come tralicci. Ma impedire a questi tralicci di deformarsi o deformarsi prematuramente è ancora una sfida continua.

Un modo sorprendente in cui gli ingegneri stanno affrontando questo problema è passare da tralicci normalmente diritti a tralicci con protuberanze, onde, e altre caratteristiche irregolari. "Le variazioni di diametro consentono l'ispessimento locale dove si verificano i momenti di instabilità più elevati, riducendo lo spessore in altre zone lungo le capriate, " spiega Stefanie Feih del Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) presso A*STAR. "Possiamo quindi mantenere la stessa massa, ma aumentare significativamente la resistenza alla deformazione."

In collaborazione con ricercatori della National University of Singapore (NUS) e della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), Feih e i suoi collaboratori hanno sviluppato un metodo per identificare i tipi più resistenti di tralicci non uniformi. Ci sono riusciti utilizzando tecniche matematiche per caratterizzare superfici complesse come variabili semplici:la levigatezza di una superficie, Per esempio, o la frequenza di una forma ricorrente. Un algoritmo di calcolo calcola quindi la resistenza all'instabilità di diverse travi geometriche, e suggerisce candidati in base ai parametri di progettazione di input.

Lei Zhang, un dottorato di ricerca studente al NUS che ha contribuito a condurre lo studio, osserva che con poche variabili per l'ottimizzazione, questo metodo può essere facilmente scalato oltre le semplici forme unidimensionali. Per dimostrare questo, i ricercatori hanno modellato una struttura 3D, noto come reticolo di Kagome, dove le capriate a forma di stella hanno bracci che si estendono in sei diverse direzioni. Le loro simulazioni hanno isolato una struttura irregolare con una resistenza all'instabilità del 20% migliore rispetto a tralicci uniformi dello stesso peso.

Poiché le tecnologie di fabbricazione commerciale sono orientate alla produzione di articoli uniformi, il team si è rivolto alla produzione additiva per generare un prototipo di pannello sandwich dalla struttura reticolare Kagome dalla forma ottimale. Il nucleo stampato in 3D risultante ha convalidato le previsioni del modello, ponendo le basi per future applicazioni industriali.

"Gli attuali progetti di strutture reticolari non stanno sfruttando appieno le possibilità della produzione additiva, " afferma Feih. "Il nostro lavoro evidenzia il potenziale per progetti multifunzionali su misura, combinando, Per esempio, requisiti meccanici e termici in un unico componente."