Τα θερμικά μετα -υλικά είναι ένας τύπος σύνθετου υλικού που ελέγχει και ρυθμίζει τη διεξαγωγή θερμότητας μέσω τεχνητών σχεδιασμένων δομών και έχουν δείξει μεγάλο δυναμικό εφαρμογής σε πολλούς τομείς τα τελευταία χρόνια. Ο θερμικός μανδύας είναι ιδιαίτερα μάτι - αλίευση. Μπορεί να καθοδηγήσει τη ροή θερμότητας για να παρακάμψει μια συγκεκριμένη περιοχή, καθιστώντας την περιοχή "αόρατη" στο θερμικό πεδίο, επιτυγχάνοντας έτσι την αποτελεσματική χειραγώγηση της ροής θερμότητας.
Ωστόσο, στον τομέα του σχεδιασμού και της κατασκευής μη συμμορφούμενων γεωμετρικών θερμικών μετα -συσκευών, υπήρξαν πάντα πολλές προκλήσεις. Οι παραδοσιακές μέθοδοι κατασκευής έχουν προφανείς περιορισμούς όταν ασχολούνται με σύνθετα εξαρτήματα με υψηλή δομική ακεραιότητα και μηχανικές ιδιότητες. Ο σκοπός του σχεδιασμού των μη συμμορφωμένων θερμότητας - αγώγιμων μετα -υλικών είναι να σπάσει τα δεσμά των παραδοσιακών γεωμετρικών σχημάτων για να επιτευχθεί πιο σύνθετος έλεγχος της διαδρομής αγωγιμότητας θερμότητας, αλλά η προκύπτουσα γεωμετρική πολυπλοκότητα έχει αυξήσει τη δυσκολία κατασκευής.
Η ομάδα του καθηγητή Tian Xiaoyong στο Πανεπιστήμιο Xi'an Jiaotong έχει πρόσφατα σημειώσει σημαντική πρόοδο. Πρότειναν μια συνεχής τεχνολογία εκτύπωσης 3D ενσωματωμένων 3D για την κατασκευή μη συμμορφωμένων θερμότητας - αγώγιμων μετα -υλικών. Αυτή η τεχνολογία συνδυάζει τις διεργασίες εκτύπωσης και ενσωμάτωσης μεταλλικών υλικών (MEX) για την επίτευξη της κατασκευής ακριβείας των σύνθετων δομών πολυμερούς.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής, η ομάδα καθόρισε τη βέλτιστη αναλογία υλικού και τη μέθοδο ενσωμάτωσης μέσω ακριβών υπολογισμών. Χρησιμοποίησαν σύρματα PLA και χαλκού με υψηλή θερμική αγωγιμότητα για να κατασκευάσουν μια σύνθετη δομή, εξασφαλίζοντας ότι η συσκευή παρουσιάζει ιδανικά χαρακτηριστικά ανισότροπης θερμότητας - αγωγιμότητας. Από την άποψη της καινοτομίας της διαδικασίας και της βελτιστοποίησης των παραμέτρων, η ομάδα έχει αναπτύξει μια σειρά καινοτόμων διαδικασιών, επιτυγχάνοντας ανεξάρτητο και ακριβή έλεγχο της καθαρής εξώθησης πολυμερούς και της ενσωμάτωσης των καλωδίων. Αυτό το μέτρο έχει λύσει το πρόβλημα της σύνδεσης διεπαφής στην παραδοσιακή σύνθετη εκτύπωση 3D που προκαλείται από τη διαφορά στα σημεία τήξης των υλικών. Η ομάδα προωθεί επίσης τη στενή συγκόλληση μεταξύ μετάλλου και πολυμερούς, ρυθμίζοντας με ακρίβεια τη θερμοκρασία του ακροφυσίου και την πίεση ενσωμάτωσης, εξαλείφοντας τα βήματα μετά την επεξεργασία και εισάγοντας έναν τύπο υπολογισμού ενσωμάτωσης και μια στρατηγική ελέγχου ύψους ακροφυσίου για να εξασφαλιστεί ολόκληρη η διαδικασία. Από την άποψη της θεωρητικής κατασκευής πλαισίου, η ομάδα συνένωσε τη θεωρία της θερμοδυναμικής μετασχηματισμού και τη θεωρία της συμμόρφωσης διακριτοποίησης για πρώτη φορά και δημιούργησε ένα θεωρητικό πλαίσιο για τη μη συμμορφούμενη θερμότητα - τη διεξαγωγή της εκτόξευσης. Με την εισαγωγή του μετασχηματισμού του τανυστή θερμικής αγωγιμότητας, επιτυγχάνεται ακριβής μετατροπή χαρτογράφησης από εικονικές συντεταγμένες στον πραγματικό χώρο, παρέχοντας μια σταθερή θεμέλια και ικανότητα πρόβλεψης για το σχεδιασμό πολύπλοκων θερμικών δομών που διεξάγουν δομές. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι τα μη συμμορφωτικά μετα -υλικά που κατασκευάζονται από αυτή την τεχνολογία μπορούν να ρυθμίσουν με ακρίβεια τη ροή θερμότητας, καθιστώντας αποτελεσματικά τη θερμότητα να παρακάμπτουν συγκεκριμένες περιοχές και η περιοχή του καλαμποκιού φτάνει στην αναμενόμενη ομοιομορφία της θερμοκρασίας. Αυτό επαληθεύει πλήρως την υψηλή δυνατότητα ελέγχου της διαδικασίας κατασκευής και την εξαιρετική θερμική επίδραση της θερμικής εκτόξευσης και δείχνει επίσης την υψηλή δομική ακεραιότητα και την εξαιρετική απόδοση αυτού του μετα -υλικού. Από την άποψη της εφαρμογής, αυτή η τεχνολογία έχει πρακτική αξία εφαρμογής σε τομείς όπως η θερμική προστασία της αεροδιαστημικής και η διάχυση της θερμότητας των ηλεκτρονικών συσκευών. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αποδοτικών συστημάτων θερμικής προστασίας και υλικά διαρροής θερμότητας.
Εν ολίγοις, η συνεχής τεχνολογία εκτύπωσης 3D 3D παρέχει νέες ιδέες για την επίλυση των περιορισμών των παραδοσιακών μεθόδων κατασκευής. Με τη συνεχή βελτίωση και βελτιστοποίηση σε όλες τις πτυχές, τα θερμικά μετα -υλικά θα παρουσιάζουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής και μεγάλη οικονομική αξία σε περισσότερους τομείς.