Met de snelle ontwikkeling van materiaalwetenschap en fabricagewetenschap is een groot aantal complexe structuren ontworpen, vervaardigd en toegepast op industrieel gebied.

De meeste van de huidige industriële toepassingen behoren tot massieve constructies zonder gaten. Sommige interne gaten worden zelfs beschouwd als structurele fabricagefouten. Er zijn echter een groot aantal ingewikkelde poreuze structuren in de natuur, zoals skeletten, honingraten, koralen, sponzen en kurk. De speciale eigenschappen van natuurlijke poreuze structuren trekken onderzoekers aan om te proberen verschillende biomimetische poreuze structuren te ontwerpen. Biomimetische poreuze structuren vertegenwoordigd door honingraten, schuimen en roosters hebben uitstekende toepassingsresultaten behaald in eerdere studies.

De afgelopen jaren hebben steeds meer onderzoekers geprobeerd TPMS te gebruiken om poreuze structuren te ontwerpen en te fabriceren. TPMS is een periodiek glad impliciet oppervlak met een gemiddelde kromming van nul. Vergeleken met andere soorten poreuze structuren heeft de poreuze structuur van TPMS twee duidelijke voordelen:(1) De algemene poreuze structuur van TPMS kan nauwkeurig worden beschreven door wiskundige uitdrukkingen. De basiseigenschappen zoals porositeit en volumespecifieke oppervlakte kunnen direct worden geregeld door de functie-uitdrukkingsparameters; (2) Het oppervlak van TPMS is erg glad. Er zijn geen scherpe bochten of verbindingspunten van de poreuze roosterstructuur. En de algehele structuur is sterk met elkaar verbonden. In sommige biologische weefsels in de natuur zijn structuren gevonden die erg lijken op TPMS.

Momenteel bloeit het onderzoek naar de poreuze structuur van TPMS, maar er zijn nog veel problemen in de belangrijkste stappen van ontwerp, fabricage en toepassing die moeten worden opgelost.

Onlangs publiceerden postdoctoraal fellow Feng Jiawei, professor Fu Jianzhong, universitair hoofddocent Yao Xinhua en professor He Yong van de School of Mechanical Engineering, Zhejiang University "Triply periodic minimal surface (TPMS) porous structuren:From multi-scale design, precieze additive manufacturing tot multidisciplinaire toepassingen" in International Journal of Extreme Manufacturing , waarin de onderzoeksvooruitgang van driemaal periodieke minimale oppervlakteporeuze structuren in de afgelopen jaren systematisch werd samengevat.

Het artikel vat de huidige geometrische ontwerpalgoritmen en prestatiecontrolestrategieën voor TPMS-poreuze structuren samen. Op basis daarvan werden verschillende precisie-additieve fabricagemethoden voor het vervaardigen van TPMS-poreuze structuren besproken. De prestatievoordelen van de poreuze structuur van TPMS en brede toepassingsvooruitzichten in de toekomst werden ook geïllustreerd.

De meeste natuurlijke poreuze structuren hebben niet-uniforme en onregelmatige poriën. Gebaseerd op de impliciete oppervlaktekenmerken van TPMS, door de verdeling van periodieke parameters en krommingsparameters te regelen, kunnen biomimetische structuren worden gegenereerd die vergelijkbaar zijn met natuurlijke poreuze structuren.

In termen van interne poriën is een verscheidenheid aan niet-uniforme (gradiënt), niet-homogene, meerschalige TPMS-algoritmen voor poreuze structuurontwerp voorgesteld. In termen van de vorm van de poreuze structuren kan door het combineren van verschillende computationele geometriealgoritmen de poreuze TPMS-structuur met vrije vorm van het oppervlak worden gegenereerd.

De prestatieanalyse van de poreuze structuur van TPMS is de afgelopen jaren een onderzoekshotspot geweest. Vanuit het perspectief van verschillende disciplines hebben onderzoekers de multidisciplinaire toepassingsprestaties van TPMS-poreuze structuren geanalyseerd, zoals mechanica, thermiek en akoestiek.

Vergeleken met de traditionele topologische poreuze structuur heeft TPMS unieke voordelen. De gladde geometrie heeft een significant effect op de daadwerkelijke prestatieverbetering. Op basis van de structurele eigenschappen richt een groot aantal huidige onderzoeken zich op het verder optimaliseren en verbeteren van de structurele eigenschappen van TPMS om te voldoen aan de steeds complexere industriële toepassingsvereisten.

Additive manufacturing-technologie is een ideale oplossing voor de fabricage van ingewikkelde TPMS-poreuze structuren. Er zijn verschillende processen geprobeerd om poreuze TPMS-structuren te vervaardigen, waaronder selectief lasersmelten (SLM), selectief lasersinteren (SLS), stereolithografieapparatuur (SLA), digitale lichtverwerking (DLP), gefuseerde depositiemodellering (FDM), enz.

Door de juiste materialen en verwerkingstechnieken te selecteren, kunnen verschillende soorten zeer nauwkeurige TPMS-poreuze structuren worden vervaardigd. In het proces van padplanning is er echter nog steeds een gebrek aan efficiënte en nauwkeurige procesplanningsmethoden voor TPMS-poreuze structuren. En er is nog veel ruimte voor verbetering in de productiekwaliteit.

Met de continue verbetering van het niveau van ontwerp en fabricage, gecombineerd met uitstekende structurele eigenschappen, zijn TPMS poreuze structuren met succes toegepast in vele disciplines. De interne poriën van TPMS kunnen onder drukbelasting het platformplatform binnendringen om continu energie te absorberen.

Op dit moment is er een groot aantal rapporten verschenen over de toepassing van energiebufferinrichtingen met poreuze structuur met TPMS. De gladde poriën van TPMS zijn zeer geschikt voor celadsorptie en groei. En poriën zijn meer geschikt voor voedingsstoffen en voedingsstoffen.

Op dit moment is het onderzoek naar het ontwerp, de fabricage en de toepassing van de poreuze structuur van TPMS nog steeds een hot topic. Rondom het unieke karakter van de poreuze structuur van TPMS hebben onderzoekers een reeks interessante pogingen gedaan. Maar er zijn nog veel problemen die verder moeten worden besproken en onderzocht.

Het huidige onderzoek naar het ontwerp, de fabricage en de toepassing van poreuze TPMS-structuren is relatief geïsoleerd. Om een ​​goede fabricagekwaliteit te garanderen, moeten enkele fabricageprocesproblemen worden toegevoegd als beperkingen aan het ontwerpproces om de produceerbaarheid van poreuze TPMS-structuren te verbeteren. De meeste poreuze TPMS-structuren die momenteel in praktische toepassingen worden gebruikt, zijn uniforme poreuze structuren met een regelmatige porieverdeling.

In de toekomst moet het invloedsmechanisme van porieverdeling op de werkelijke prestatie verder worden onderzocht, om de prestatie van TPMS-poreuze structuren verder te optimaliseren en te verbeteren. Vooral in de complexe omgeving van industriële toepassingen, is het realiseren van de multifysische prestatieanalyse en multidisciplinaire toepassingsprestatiecombinatieoptimalisatie van de poreuze structuur van TPMS een belangrijke basis voor het bevorderen van de bredere toepassing van de poreuze structuur van TPMS. + Verder verkennen

Onderzoek verbindt de poreuze structuur van silicium en zijn vermogen om invallend licht te 'vangen'