طراحی، ساخت و مشخصه یابی ساختارهای سلولی
محور پژوهش
ماشین آلات و تجهیزات پیشرفته
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
تجهیزات ساخت و تولید مواد و قطعات فلزی، سرامیکی، پلیمری و كامپوزیتی
عنوان
طراحی، ساخت و مشخصه یابی ساختارهای سلولی به روش پرینت سه بعدی هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: مواد سلولی (Cellular materials) به دو دسته کلی تصادفی و غیرتصادفی (دوره‌ای) تقسیم می‎‌شوند. مواد سلولی تصادفی، از توزیع تصادفی سلول‌های واحد خود به‌وجود می‌آیند. چنین توزیع غیرقابل‌کنترلی معمولاً نتیجه فرآیند تولید این مواد است. مواد سلولی با ساختار غیرتصادفی توسط یک سازماندهی کنترل شده از سلول‌های واحد تشکیل می‌شوند. سازماندهی سلول‌ها می‌تواند دوبعدی یا سه‌بعدی باشد. خواص مکانیکی یک ماده سلولی بیشتر از هر چیز به ماده چگال سازنده و میزان چگالی نسبی آن وابسته است. درعین‌حال شکل حفره‌ها، جهت‌گیری آن‌ها و عیوب موجود در هندسه ماده نیز می‌تواند خواص مکانیکی آن ‌را تحت تأثیر قرار دهد. یک ساختار مشبک (Lttice structure) از تکرار یک سلول واحد در سه‌بعد و بدون فاصله یا شکاف بین سلول‌ها ایجاد می‌شود. این ساختارها یک راه‌حل درحال‌ظهور برای کاهش وزن، جذب انرژی و کاهش زمان ساخت هستند. از طرف دیگر بعنوان داربست های استخوانی در ساخت پروتز و ایمپلنت قابل استفاده می باشند. مزیت اصلی ساختارهای مشبک نسبت به سایر مواد سلولی سنتی این است که، هندسه آن‌ها از قبل تعیین شده بوده و امکان کنترل خواص مکانیکی آن‌ها بیش‌ازپیش فراهم می‌گردد. اگرچه ساختارهای مشبک در گذشته با روش‌های تولید سنتی ایجاد شده‌اند، ولی ساخت چنین اجزای پیچیده‌ای به‌دلیل ناتوانی فرآیندهای تولید سنتی در ساخت ساختارهایی بدون نیاز به فرآیندهای مونتاژ محدود می‌باشد. علاوه‌براین ایجاد ساختارهای مشبک با استفاده از روش‌های تولید سنتی محدود به برخی از سلول‌های خاص است. درحال‌حاضر هیچ روش تولید سنتی برای ایجاد یک ساختار مشبک بدون نیاز به مونتاژ و یا پس پردازش وجود ندارد. پیشرفت فن‌آوری ساخت افزودنی به‌طور مستقیم با افزایش استفاده از ساختارهای مشبک به‌دلیل سهولت تولید در ارتباط است. ساخت افزودنی (AM)، محققان را قادر به تولید ساختارهای مشبک قابل اعتماد، متغیر در طراحی و پارامترهای سلول واحد برای دستیابی به رفتار مطلوب ساخته است. با افزایش روزافزون روش‌های ساخت افزودنی و پیشرفت مواد قابل استفاده در این روش‌ها، توانایی تولید ساختارهایی با دقت بیشتر و ابعاد بزرگتر فراهم شده است. این روش‌ها قادرند ساختارهای مشبک را فقط با قرار دادن ماده در محل مورد نیاز و اتصال لایه‌ها به هم و بدون نیاز به فرآیندهای پس پردازشی که در فرآیندهای تولید سنتی نیاز است، تولید کنند. مطالعه عددی و تجربی ساختارهای سلولی به منظور شناخت قابلیت ها و سپس استفاده از شبکه سلولی مناسب متناسب با کاربرد از زمینه هایی است که جهت پاسخگویی به نیازهای بشری و صنایع بسیار مهم می باشد. از اینرو مطالعه و بررسی گسترده این ساختارها از جنس های مختلف از اهمیت خاصی برخوردار است. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها در این پژوهش اقدام به طراحی انواع ساختارسلولی و سپس مدلسازی عددی آنها به منظور پیش بینی رفتارآنها در بارگذاری های متفاوت پرداخته شده است. دامنه این ساختارها از ساختار ساده نظیرBCC تا ساختارهای TPMS که در کاربردهای پزشکی استفاده می شوند را شامل می شوند. در مرحله بعدی امکانپذیری ساخت ساختار به روش پرینت سه بعدی مناسب مطالعه شده است. دستیابی به بیشینه تخلخل شبکه و کمینه اندازه حفره ها از دیگر فعالیت های صورت گرفته سده می باشد. در مرحله بعد رفتار استاتیکی و دینامیکی ساختارها مطالعه می شوند. از دستاوردهای این پژوهش امکان طراحی و ساخت ساختاری با نسبت های بسیاربالای استحکام ویژه، و قابلیت جذب ضربه نام برد. باز طراحی قطعات جهت خواص مکانیکی مدنظر درجهت دلخواه (نظیر سفتی)، و بهینه سازی هندسی قطعات با استفاده از این فناوری، از چشم اندازهای پیش روی این تحقیق است که تا پنج سال آینده محقق خواهد شد. رفتار دینامیکی سازه های سلولی:


ساختارهای TPMS: