De acordo com a Texas A&M, pesquisadores melhoraram significativamente uma nova tecnologia de junção – intertravamento de metassuperfícies (ILMs) – usando impressão 3D. Em colaboração com o Sandia National Laboratories, os ILMs foram projetados para aumentar a resistência e a estabilidade de uma estrutura em comparação com técnicas tradicionais como parafusos e adesivos, usando ligas de memória de forma (SMAs), e oferecem o potencial de transformar o design de juntas mecânicas na fabricação para dispositivos aeroespaciais, robóticos e biomédicos. As descobertas podem ser encontradas em Materials & Design.
“ILMs estão prontos para redefinir tecnologias de junção em uma variedade de aplicações, assim como o Velcro fez décadas atrás”, disse o Dr. Ibrahim Karaman, Professor e Chefe do Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia da Texas A&M. “Em colaboração com os Laboratórios Nacionais Sandia, os desenvolvedores originais de ILMs, nós projetamos e fabricamos ILMs a partir de ligas com memória de forma. Nossa pesquisa demonstra que esses ILMs podem ser seletivamente desengatados e reengatados sob demanda, mantendo ao mesmo tempo uma resistência de junta consistente e integridade estrutural.”
Similar ao Lego ou Velcro, os ILMs permitem a união de dois corpos transmitindo força e restringindo o movimento. Até agora, esse método de união tem sido passivo – exigindo força para o engajamento.
Usando impressão 3D, as equipes projetaram e fabricaram ILMs ativas integrando ligas com memória de forma (SMAs), especificamente níquel-titânio, que podem recuperar sua forma original após deformação por mudanças de temperatura.
O controle da tecnologia de união por meio de mudanças de temperatura abre novas possibilidades para estruturas inteligentes e adaptáveis, sem perda de resistência ou estabilidade e com maiores opções de flexibilidade e funcionalidade.
“ILMs ativos têm o potencial de revolucionar o design de juntas mecânicas em indústrias que exigem montagem e desmontagem precisas e repetíveis”, disse Abdelrahman Elsayed, assistente de pesquisa de pós-graduação no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Texas A&M.
Aplicações práticas incluem projetar componentes de engenharia aeroespacial reconfiguráveis onde as peças devem ser montadas e desmontadas várias vezes. ILMs ativos também podem fornecer juntas flexíveis e adaptáveis para funcionalidade de aprimoramento de robótica. Em dispositivos biomédicos, a capacidade de ajustar implantes e próteses aos movimentos e temperaturas do corpo pode oferecer uma opção melhor para os pacientes.
As descobertas atuais utilizaram o efeito de memória de forma dos SMAs para recuperar a forma dos ILMs adicionando calor. Os pesquisadores esperam desenvolver essas descobertas usando o efeito de superelasticidade dos SMAs para criar ILMs que podem suportar grandes deformações e se recuperar instantaneamente sob níveis de estresse muito altos.
“Prevemos que a incorporação de SMAs em ILMs desbloqueará inúmeras aplicações futuras, embora vários desafios permaneçam”, disse Karaman. “Atingir a superelasticidade em ILMs impressos em 3D complexos permitirá o controle localizado da rigidez estrutural e facilitará a reconexão com altas forças de travamento. Além disso, esperamos que essa tecnologia aborde desafios de longa data associados a técnicas de união em ambientes extremos. Estamos muito entusiasmados com o potencial transformador da tecnologia ILM.”
Outros colaboradores incluem o Dr. Alaa Elwany, Professor Associado do Departamento de Engenharia Industrial e de Sistemas Wm Michael Barnes ’64, e o aluno de doutorado Taresh Guleria do Departamento de Engenharia e Sistemas Industriais.
O financiamento para esta pesquisa é administrado pela Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES), a agência oficial de pesquisa da Texas A&M Engineering. Para saber mais sobre a pesquisa acesse o site.
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