智能变形飞行器能够根据不同的飞行条件动态调整机翼形状，从而优化气动性能。超材料因其定制化的单胞设计，展现出传统材料所不具备的优异性能。超材料因具有高设计自由度、优异力学和功能特性，是变形飞行器的理想材料。
然而复杂的仿生超材料对传统制造技术提出了挑战。激光粉末床熔融（LPBF）技术是正华自傲具有空间定制几何形状的复杂超材料的有效途径之一。
近日，南京航空航天大学顾冬冬教授课题组，提出了一种激光粉末床熔融成形的仿马齿苋种皮柔性金属超材料，实现了超材料面内变形行为可设计性及可重构变形功能特性，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为Laser printed bio-inspired active flexible metallic metamaterials with reconfigurable deformation capability的文章。本期谷·专栏将对该文进行简要分享。
图1 仿马齿苋种皮波纹网络结构设计及大变形/可重构一体化调控。
论文链接：
DOI: /2631-7990/ae2073
作者
陈雯昕，顾冬冬*，刘欣，孙宇，孙建峰，苏芳燕，邹锦文，陈宇生
机构
南京航空航天大学
图文解析
本研究的创新之处在于提出了一种基于马齿苋种皮柔性大变形功能启迪的智能金属超材料。利用激光粉末床熔融成形（LPBF）技术，精确成形了一系列仿生波纹网络结构试样。通过仿生结构优化设计及单胞构型参数化建模，实现了仿生波纹网络结构面内拉伸性能及其变形行为的主动调控。
图2 仿生波纹网络结构设计。
图3 激光粉末床熔融成形仿生波纹网络结构。
图4 仿生波纹网络结构可调面内拉伸力学性能及变形行为。
结合NiTi形状记忆合金功能特性，超材料试样在10%应变下实现了最高96.1%的主动变形回复。仿生波纹网络变形翼肋实现了-25°~25°的连续变形能力和稳定的主动变形响应。
图5 仿生波纹网络结构形状记忆功能。
图6 仿马齿苋种皮波纹网络结构基变形翼肋主动变形应用。
总结与展望
本文基于马齿苋种皮大变形功能启迪，通过参数化结构设计并利用LPBF技术成形了一系列仿生波纹网络结构。主要结论如下：
六边形波纹网络结构（HNHs）表现出优异的变形能力（断裂应变为38%）、承载能力（比强度为35.0 N·m·Kg−1）和能量吸收性能（SEA为699.7 mJ·g−1）。
仿生波纹网络结构通过调节单胞壁的数量为3、4和6，实现了可调的面内拉伸性能和变形行为，其泊松比可调范围为-0.21~0.47。
10%应变下HNHs结构实现了最高96.1%的主动变形回复，HNHs基的变形翼肋可实现-25°~25°的连续变形能力及稳定的主动变形响应。
l 谷专栏 l
欢迎高校及科研机构、企业科学家加入谷专栏，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果，欢迎扫描下方图片二维码提交您的信息。
白皮书下载 l 加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源3D科学谷
