Clasificación de TPMS congruentes por características geométricas utilizando aprendizaje en variedades y agrupamiento

Los recientes avances en la tecnología de fabricación aditiva han permitido el uso de materiales porosos arquitectónicos en varios campos de la ciencia y la ingeniería. Las estructuras de superficies mínimas periódicas triplemente (TPMS) generan un interés particular debido a sus características suaves y regulares que conducen a propiedades efectivas ventajosas para muchas aplicaciones. En este estudio, se calcularon cinco características geométricas (tortuosidad de la estructura, tortuosidad de los canales de flujo, área superficial, grosor sólido y ancho del canal) para 14 tipos de TPMS congruentes (Gyroid, D, P, Neovius, C(Y), S, F, C(D), C(S), Y, ± Y, C( ± Y), W, C(G)) en 9 porosidades. Las características geométricas de cada tipo de TPMS se ajustan como funciones de la fracción de volumen sólido. Se aplica el algoritmo Uniform Manifold Approximation and Projection (UMAP) para reducir la dimensionalidad del conjunto de parámetros de mejor ajuste, y luego se utiliza agrupamiento K-Means para dividir la proyección en grupos. Este análisis revela cuatro categorías que son razonables y físicamente significativas, lo que demuestra la promesa de las aproximaciones de aprendizaje en variedades combinadas con agrupamiento para tareas de exploración de diseño. Se presentan interpretaciones y recomendaciones para cada una de las categorías resultantes en un intento de facilitar el proceso de selección de tipos de TPMS congruentes. Específicamente, se recomienda ampliamente una categoría que consiste en C(Y), C( ± Y), D, Gyroid y S como la primera opción para la mayoría de las aplicaciones cuando están disponibles técnicas de fabricación avanzadas como la fabricación aditiva. Además, los tipos F y W no permiten flujo y son topológicamente bastante simples, lo que permite su posible fabricación sin el uso de técnicas de fabricación avanzadas. • Catorce tipos de TPMS congruentes son clasificados por sus características geométricas. • Se recomienda una investigación adicional sobre los tipos de TPMS C( ± Y), C(Y) y S. • El proceso de reducción de dimensionalidad muestra promesa para la exploración de diseño geométrico.