Fabrication and characterisation of a fully auxetic 3D lattice structure via selective electron beam melting

Warmuth, Franziska; Osmanlic, Fuad; Adler, Lucas; Lodes, Matthias A.; Körner, Carolin

doi:10.1088/1361-665x/26/2/025013

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“…Besides mechanical metamaterials (e.g., negative Poisson's ratio [2][3][4]) and optical metamaterials (e.g., negative index of refraction [5,6], a general review on photonic metamaterials is given in [7]). There are metamaterials that exhibit novel properties regarding their interaction with acoustic waves.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Evolution of full phononic band gaps in periodic cellular structures

Wormser¹,

Warmuth²,

Körner

2017

Appl. Phys. A

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Cellular materials not only show interesting static properties, but can also be used to manipulate dynamic mechanical waves. In this contribution, the existence of phononic band gaps in periodic cellular structures is experimentally shown via sonic transmission experiment. Cellular structures with varying numbers of cells are excited by piezoceramic actuators and the transmitted waves are measured by piezoceramic sensors. The minimum number of cells necessary to form a clear band gap is determined. A rotation of the cells does not have an influence on the formation of the gap, indicating a complete phononic band gap. The experimental results are in good agreement with the numerically obtained dispersion relation.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Evolution of full phononic band gaps in periodic cellular structures

Wormser¹,

Warmuth²,

Körner

2017

Appl. Phys. A

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“…Also, no influence of relative density on Poisson's ratio was observed in Ref. [91], most likely due to a small range of investigation for the relative density. In the present work, computational results on a wider range, from ρ* = 0.05 to 0.25, show that the auxetic behavior of lattices depends strongly on the relative density.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 81%

Computational Investigation of the Effective Mechanical Behavior for 3D Pre-Buckled Auxetic Lattices

Albertini

Dirrenberger

Molotnikov

et al. 2019

Journal of Applied Mechanics

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Negative Poisson's ratio materials, or auxetics, have drawn attention for the past 30 years. The auxetic effect could lead to improved mechanical properties such as acoustic damping, indentation resistance, or crashworthiness. In this work, two 3D auxetic lattices are introduced. Auxeticity is achieved by design through pre-buckling of the lattice struts. The influence of geometrical parameters on the effective elastic properties is investigated using computational homogenization method with periodic boundary conditions. Effective Young's modulus is 3D mapped to reveal anisotropy and identify spatial orientations of interest. The effective Poisson ratio is computed for various geometric configurations to characterize auxeticity. Finally, the influence of effective elastic properties on energy dissipation under compression is explored for elastoplastic lattices with different loading directions, using finite element simulations. Results suggest that loading 3D auxetic lattices along their stiffest direction maximizes their crashworthiness.

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“…En la obtención del metal celular con estructura porosa ordenada, se observa que características tales como: la geometría de la celda unitaria junto con el tamaño de poro, la porosidad, la forma y el área transversal de las secciones de material sólido en las aristas de la configuración completa, presentan una influencia significativa en las propiedades mecánicas de la estructura; afectando directamente el proceso de renovación y consolidación del tejido óseo, así como, la adherencia de células de hueso en los canales de conexión entre los poros [29], [30]. Para la selección del cuboctaedro truncado como geometría de la celda, se tomaron como referentes los resultados de estudios previos, en los que este sólido ha sido usado como base en el diseño de modelos computacionales para evaluar el comportamiento elástico de las esponjas, y determinar sus propiedades efectivas [31].…”

Section: Discussionunclassified

Definición geométrica de andamios metálicos para posibles aplicaciones en ingeniería de tejidos

2019

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Introducción: El diseño de estructuras porosas tipo andamio en ingeniería de tejidos, se direcciona hacia el desarrollo de elementos que promuevan la consolidación ósea, estabilizando los fragmentos tisulares en dispositivos de fijación biodegradable. Objetivo: Obtener un modelo tridimensional digital para un metal celular que asemeje la morfología ósea cortical y trabecular, con características como geometría, tamaño de poro, porosidad y recubrimiento tipo piel, además de brindar una base para la materialización de estructuras que mejoren la regeneración ósea y faciliten el control de las propiedades mecánicas del andamio para los defectos biológicos de su aplicación. Metodología: Se presenta un código paramétrico de modelado 3D, mediante la definición de una geometría regular uniforme con una porosidad y tamaño de poro adecuadas, atendiendo a la esencia de los metales celulares y complementada con un cuerpo de recubrimiento tipo piel que envuelve el modelo tridimensional, para elevar la rigidez y la resistencia mecánica del andamio; además de viabilizar el mecanizado de geometrías propias y permitir aislamiento y protección para los casos en los que se requiera. Resultados: Se generó el desarrollo de dos modelos digitales para metales celulares con condiciones morfológicas complejas, permitiendo una buena interrelación de parámetros geométricos para la proliferación celular y una respuesta favorable a la solicitación estructural en aplicaciones de ingeniería de tejidos. Conclusiones: El modelo diseñado evidencia la posibilidad de aplicarse al desarrollo de alternativas de fijación ósea, que disminuyan la respuesta inflamatoria, eviten intervenciones secundarias y reduzcan las tasas de rechazo a los elementos actualmente utilizados para tratar afecciones osteomusculares.

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Fabrication and characterisation of a fully auxetic 3D lattice structure via selective electron beam melting

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Evolution of full phononic band gaps in periodic cellular structures

Evolution of full phononic band gaps in periodic cellular structures

Computational Investigation of the Effective Mechanical Behavior for 3D Pre-Buckled Auxetic Lattices

Definición geométrica de andamios metálicos para posibles aplicaciones en ingeniería de tejidos

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