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Des écrous et des boulons aux métaux intelligents : De nouveaux alliages à mémoire de forme imprimés en 3D peuvent redéfinir l'ingénierie

Lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température de finition de l'austénite (Af), l'alliage nickel-titane retrouve sa forme initiale. (Source de l'image : ScienceDirect)
Lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température de finition de l'austénite (Af), l'alliage nickel-titane retrouve sa forme initiale. (Source de l'image : ScienceDirect)
Les chercheurs ont mis au point des métasurfaces actives imbriquées à l'aide d'alliages à mémoire de forme tels que le nickel-titane (NiTi), permettant un verrouillage et un déverrouillage contrôlés par la température. Ces structures ont été créées par fabrication additive pour des applications dynamiques.
3D Printing

Des chercheurs ont mis au point des métasurfaces actives imbriquées (ILM) à l'aide d'alliages à mémoire de forme (SMA) comme le nickel-titanium (NiTi), qui sont des métaux capables de "se souvenir" et de reprendre leur forme initiale lorsqu'ils sont chauffés. Ces nouveaux ILM peuvent se verrouiller et se déverrouiller en fonction de la température, ce qui en fait un moyen plus intelligent de créer des connexions mécaniques entre les matériaux.

Traditionnellement, les joints et les attaches comme les boulons ou les adhésifs sont utilisés pour maintenir les composants ensemble. Cependant, les ILM utilisent de minuscules caractéristiques d'emboîtement pour relier les pièces, ce qui leur permet de transmettre la force et de limiter le mouvement dans des directions précises. Vous vous demandez peut-être où se trouve l'innovation dans tout cela ? Elle réside dans l'ajout de matériaux actifs tels que le NiTi, qui changent de forme lorsqu'ils sont chauffés, afin de rendre ces articulations plus réactives. Ces articulations permettent un engagement et un désengagement contrôlés des surfaces, sans nécessiter d'intervention manuelle ou de force extérieure.

Cellule unitaire des deux métasurfaces imbriquées proposées, présentant a) une prise en pince et b) un ancrage expansif. (Source de l'image : ScienceDirect)
Cellule unitaire des deux métasurfaces imbriquées proposées, présentant a) une prise en pince et b) un ancrage expansif. (Source de l'image : ScienceDirect)

L'étude étude a exploré deux conceptions différentes d'ILM, appelées Pinch Grip (PG) et Expanding Anchors (EA). Ceux-ci ont été fabriqués à l'aide d'une technique appelée fabrication additive, qui est similaire à l impression 3D mais pour les métaux. En chauffant ces structures, les chercheurs ont pu activer l'effet de mémoire de forme (SME), ce qui a permis aux pièces de se déplacer, de se verrouiller ou de se déverrouiller selon les besoins. Cela rend les articulations adaptables et idéales pour les environnements dynamiques, où les composants doivent être fréquemment réassemblés ou ajustés.

Grâce à la modélisation informatique (finite element analysis), l'équipe a pu prédire le comportement de ces ILM sous contrainte, et les essais thermomécaniques ont montré qu'ils pouvaient résister à une utilisation répétée sans perdre leur résistance ou leur capacité de récupération de la forme.

Cette étude est une vitrine majeure de la façon dont la combinaison des matériaux avancés et de la fabrication additive peut conduire à de nouvelles façons de créer des connexions solides, flexibles et intelligentes pour les applications suivantes l'ingénierie et industrielles et industrielles.

pièces imprimées en 3D en alliage à mémoire de forme NiTi Pinch Grip 1x1 array avec micrographies optiques des sections transversales polies. (Source de l'image : ScienceDirect)
pièces imprimées en 3D en alliage à mémoire de forme NiTi Pinch Grip 1x1 array avec micrographies optiques des sections transversales polies. (Source de l'image : ScienceDirect)
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Anubhav Sharma, 2024-10-10 (Update: 2024-10-10)