Fabrication and Drag Reduction Performance of Flexible Bio-Inspired Micro-Dimple Film

阻力 材料科学 表面粗糙度 造型(装饰) 复合材料 涡流 制作 还原(数学) 机械工程 表面光洁度 抛光 航空航天 涂层 流量(数学) 阻力系数 模具 芯(光纤) 体积流量 热塑性塑料 熔融沉积模型 水下 复合数 微流控 计算机模拟 粘度 聚氨酯 计算流体力学 实验设计 寄生阻力
作者
Yini Cai,Yanjun Lu,Haopeng Gan,Yan Yu,Xiaoshuang Rao,Weijie Gong
出处
期刊:Micromachines [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (1): 85-85 被引量:2
标识
DOI:10.3390/mi17010085
摘要

The flexible micro-structured surface found in biological skins exhibits remarkable drag reduction properties, inspiring applications in the aerospace industry, underwater exploration, and pipeline transportation. To address the challenge of efficiently replicating such structures, this study presents a composite flexible polymer film with a bio-inspired micro-dimple array, fabricated via an integrated process of precision milling, polishing, and micro-injection molding using thermoplastic polyurethane (TPU). We systematically investigated the influence of key injection parameters on the shape accuracy and surface quality of the film. The experimental results show that polishing technology can significantly reduce mold core surface roughness, thereby enhancing film replication accuracy. Among the parameters, melt temperature and holding time exerted the most significant effects on shape precision PV and bottom roughness Ra, while injection speed showed the least influence. Under optimized conditions of a melt temperature of 180 °C, injection speed of 60 mm/s, holding pressure of 7 MPa, and holding time of 13 s, the film achieved a micro-structure shape accuracy of 13.502 μm and bottom roughness of 0.033 μm. Numerical simulation predicted a maximum drag reduction rate of 10.26%, attributable to vortex cushion effects within the dimples. This performance was experimentally validated in a flow velocity range of 0.6–2 m/s, with the discrepancy between simulated and measured drag reduction kept within 5%, demonstrating the efficacy of the proposed manufacturing route for flexible bio-inspired drag reduction film.
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