Experimentelle Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten, spannungsintegritätsinspirierten Metamaterialien basierend auf einem 4-Streben-Simplex-Modul

Die vorliegende Studie konzentriert sich auf experimentelle Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten, spannungsintegritätsinspirierten Metamaterialien. Spannungsintegritätssysteme weisen viele vorteilhafte Eigenschaften auf, wie: geringes Gewicht, hohes Steifigkeits-zu-Masse-Verhältnis, Kontrollierbarkeit, inhärente Merkmale von smarten Strukturen und einzigartiges mechanisches Verhalten. Sie können nicht nur im Makromaßstab angewendet werden, sondern auch zur Schaffung von zellulären mechanischen Metamaterialien und Gitterstrukturen in verschiedenen Maßstäben verwendet werden. Metamaterialien werden hier als vom Menschen gestaltete künstliche Materialien verstanden, die in der Natur nicht existieren und deren mechanische Eigenschaften aus der Morphologie der inneren Struktur und nicht aus der chemischen oder phasischen Zusammensetzung resultieren. Experimentelle Studien zu Spannungsintegritätsmetamaterialien, die mit 3D-Drucktechniken hergestellt wurden, sind in der Literatur kaum vorhanden. Dieses Papier präsentiert Ergebnisse von uniaxialen Kompressionstests, die an einer Reihe von 3D-gedruckten, spannungsintegritätsbasierten Modulen durchgeführt wurden, die den Metamaterialzellen entsprechen, und sich in der Herstellungstechnologie, dem Ausgangsmaterial und der Größe unterscheiden. In den Tests wurden folgende Beobachtungen gemacht: Einer der wichtigsten Parameter, der einen direkten Einfluss auf die Ergebnisse hat, ist die Dehnung beim Bruch des Ausgangsmaterials; Ungenauigkeiten in der Produktionsphase beeinflussen das mechanische Verhalten der Struktur erheblich; es ist entscheidend, eine freie Deformation sicherzustellen, die mit dem infinitesimalen Mechanismus-Modus der Spannungsintegrität übereinstimmt; ein post-kritisches Verhalten der Streben war in den durchgeführten Tests deutlich sichtbar.