3DプリントされたTPMSと格子孔状構造の実験的および計算的流体力学の研究

科学分野:

• 材料科学
• 流体力学
• アディティブ製造

背景:

• ステレオリトグラフィー (SLA) 3Dプリントは複雑な多孔構造を可能にします.
• 三重周期最小表面 (TPMS) は,流体アプリケーションにユニークな幾何学を提供します.
• 3Dプリントされた材料の流体管理を最適化するために,湿潤の行動と毛細血管の性能を理解することが重要です.

研究 の 目的:

• 様々な SLA 3D プリント TPMS 格子設計の毛細血管性能と湿潤性を調査する.
• 流体力学のアプリケーションのためのこれらの構造の浸透性を評価する.
• 流体輸送特性に対するユニット・セルサイズと設計の影響を決定する.

主な方法:

• 16μLの水滴との液滴相互作用 (浸透,拡散,接触角度) を高速イメージングで分析した.
• TPMS- 甲状腺,ダイヤモンド,オクテット,イソトラス構造の数値シミュレーションが行われました.
• 毛細血管の性能は,脱離水重量時間 (w-t) 測定を用いて評価された.
• 穿透性は2mm3のユニットセルを持つ構造物で試験された.

主要な成果:

• 接触角度はデザインによって異なる.イソトラスとオクテットはより高い角度を示した.
• TPMS- 甲状腺は適切な毛細血管機能を示した.
• 貫通性ランキング:オクテット > アイソトラス > ダイヤモンド > TPMS-Gyroid
• 小さいユニットセル (2mm3) は毛細血管効果を示したが,プリント能力に問題があった.

結論:

• オクテットの格子設計は,テストされた構造の中で最高の透かし性を提供します.
• 流体ダイナミクスを最適化するには,ユニットセルサイズ,ビームの厚さ,ドロップレットの位置が重要です.
• 発見は3Dプリントされた多孔性材料を用いた冷却,濾過,流体管理における応用に係る.