3D Printing of Auxetic Metamaterials with Digitally Reprogrammable Shape

辅助 材料科学 超材料 多边形网格 曲率 有限元法 泊松比 变形(气象学) 形状记忆合金 3D打印 几何学 复合材料 泊松分布 结构工程 数学 光电子学 统计 工程类
作者
Ming Lei,Wei Hong,Zeang Zhao,Craig M. Hamel,Mingji Chen,Haibao Lu,H. Jerry Qi
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (25): 22768-22776 被引量:229
标识
DOI:10.1021/acsami.9b06081
摘要

Two-dimensional lattice structures with specific geometric features have been reported to have a negative Poisson's ratio, termed as auxetic metamaterials, that is, stretching-induced expansion in the transversal direction. In this paper, we designed a novel auxetic metamaterial; by utilizing the shape memory effect of the constituent materials, the in-plane moduli and Poisson's ratios can be continuously tailored. During deformation, the curved meshes ensure the rotation of the mesh joints to achieve auxetics. The rotations of these mesh joints are governed by the mesh curvature, which continuously changes during deformation. Because of the shape memory effect, the mesh curvature after printing can be programmed, which can be used to tune the rotation of the mesh joints and the mechanical properties of auxetic metamaterial structures, including Poisson's ratios, moduli, and fracture strains. Using the finite element method, the deformation of these auxetic meshes was analyzed. Finally, we designed and fabricated gradient/digital patterns and cylindrical shells and used the auxetics and shape memory effects to reshape the printed structures.
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