En un esfuerzo de colaboración entre la Universidad Texas A&M y los Laboratorios Nacionales Sandia, los investigadores han mejorado significativamente una nueva tecnología de unión, las metasuperficies entrelazadas (ILM), diseñadas para aumentar la resistencia y la estabilidad de una estructura en comparación con técnicas tradicionales como pernos y adhesivos, utilizando formas.Aleaciones con memoria (SMA).

Los ILM ofrecen el potencial de transformar el diseño de juntas mecánicas en la fabricación de dispositivos aeroespaciales, robóticos y biomédicos.

"Los ILM están preparados para redefinir las tecnologías de unión en una variedad de aplicaciones, de manera muy similar a como lo hizo Velcro hace décadas", dijo el Dr. Ibrahim Karaman, profesor y jefe del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería de Texas A&M.

"En colaboración con Sandia National Laboratories, los desarrolladores originales de los ILM, hemos diseñado y fabricado ILM a partir dealeaciones con memoria de forma.Nuestra investigación demuestra que estos ILM se pueden desconectar y volver a conectar selectivamente según sea necesario, manteniendo al mismo tiempo una resistencia conjunta y una integridad estructural constantes".

Los hallazgos se pueden encontrar enMateriales y diseño.

Al igual que los Legos o el velcro, los ILM permiten unir dos cuerpos transmitiendo fuerza y ​​restringiendo el movimiento.Hasta ahora, este método de unión ha sido pasivo y requería fuerza para su unión.

Utilizando la impresión 3D, los equipos diseñaron y fabricaron ILM activos integrando aleaciones con memoria de forma (SMA), específicamente níquel-titanio, que pueden recuperar su forma original después de la deformación por los cambios de temperatura.

El control de la tecnología de unión a través de cambios de temperatura abre nuevas posibilidades para estructuras inteligentes y adaptables sin pérdida de resistencia o estabilidad y con mayores opciones de flexibilidad y funcionalidad.

"Los ILM activos tienen el potencial de revolucionar el diseño de juntas mecánicas en industrias que requieren un montaje y desmontaje preciso y repetible", afirmó Abdelrahman Elsayed, asistente de investigación graduado en elciencias de los materialesy departamento de ingeniería de Texas A&M.

Las aplicaciones prácticas incluyen el diseño de componentes de ingeniería aeroespacial reconfigurables donde las piezas deben ensamblarse y desmontarse varias veces.Los ILM activos también podrían proporcionar articulaciones flexibles y adaptables para mejorar la funcionalidad de la robótica.En los dispositivos biomédicos, la capacidad de ajustar implantes y prótesis a los movimientos y temperaturas del cuerpo podría ofrecer una mejor opción para los pacientes.

Los hallazgos actuales utilizaron el efecto de memoria de forma de los SMA para recuperar la forma de los ILM agregando calor.Los investigadores esperan aprovechar estos hallazgos utilizando el efecto de superelasticidad de los SMA para crear ILM que puedan soportar grandes deformaciones y recuperarse instantáneamente bajo niveles de tensión muy altos.

"Anticipamos que la incorporación de SMA en ILM desbloqueará numerosas aplicaciones futuras, aunque aún quedan varios desafíos", dijo Karaman.

"Lograr superelasticidad en ILM complejos impresos en 3D permitirá el control localizado de la rigidez estructural y facilitará la reinserción con altas fuerzas de bloqueo. Además, esperamos que esta tecnología aborde los desafíos de larga data asociados con las técnicas de unión en entornos extremos. Estamos muy entusiasmados con el potencial transformadorde la tecnología ILM."

Otros contribuyentes incluyen al Dr. Alaa Elwany, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de Wm Michael Barnes '64 y al estudiante de doctorado Taresh Guleria en los sistemas industriales ydepartamento de ingenieria.

Más información:Abdelrahman Elsayed et al, Metasuperficies entrelazadas activas habilitadas por aleaciones con memoria de forma,Materiales y diseño(2024).DOI: 10.1016/j.matdes.2024.113137