חומרים מטמיים תרמיים הם סוג של חומר מורכב השולט ומווסת את הולכת החום באמצעות מבנים מעוצבים באופן מלאכותי, והם הראו פוטנציאל יישום נהדר בתחומים רבים בשנים האחרונות. הגלימה התרמית היא תופסת עין במיוחד. זה יכול להנחות את זרימת החום לעקוף אזור ספציפי, מה שהופך את האזור ל"בלתי נראה "בשדה התרמי, ובכך להשיג מניפולציה יעילה של זרימת החום.
עם זאת, בתחום העיצוב והייצור של מכשירים תרמיים גיאומטריים לא קונפורמליים - תמיד היו אתגרים רבים. לשיטות ייצור מסורתיות יש מגבלות ברורות בעת התמודדות עם רכיבים מורכבים עם שלמות מבנית גבוהה ותכונות מכניות. המטרה העיצובית של חום לא קונפורמטיבי - ביצוע מטמיני חומרים סוודים היא לשבור את האזיקים של צורות גיאומטריות מסורתיות כדי להשיג בקרת נתיבי הולכה מורכבת יותר, אך המורכבות הגיאומטרית שהתקבלה הגדילה את קושי הייצור.
הצוות של פרופסור שיאויונג באוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג התקדם לאחרונה. הם הציעו סיבי מתכת רציפים - טכנולוגיית הדפסת תלת מימד משובצת לייצור חום לא קונפורמי - ביצוע מטמיני חומרים סוודים. טכנולוגיה זו משלבת תהליכי הדפסת חליפין חומרים (MEX) והטמעת מתכת כדי להשיג ייצור דיוק של מבנים מורכבים של מתכת - פולימרים.
במהלך תהליך הייצור, הצוות קבע את יחס החומר האופטימלי ואת שיטת ההטמעה באמצעות חישובים מדויקים. הם השתמשו בחוטי PLA ונחושת עם מוליכות תרמית גבוהה כדי לבנות מבנה מורכב, מה שמבטיח כי המכשיר מציג מאפייני חום אניסוטרופיים אידיאליים. מבחינת חדשנות בתהליכים ואופטימיזציה של פרמטרים, הצוות פיתח מספר תהליכים חדשניים, והשיג שליטה עצמאית ומדויקת של שחול פולימרים טהורים והטמעת תיל. מדד זה פתר את בעיית מליטת הממשק בהדפסת תלת מימד מורכבת מסורתית הנגרמת מההבדל בנקודות ההיתוך החומריות. הצוות גם מקדם את הקשר ההדוק בין מתכת לפולימר על ידי ויסות מדויק של טמפרטורת הזרבובית והטמעת לחץ, מבטל את שלבי העיבוד של הפוסט והכנסת נוסחת חישוב דמי ההטמעה ואסטרטגיית בקרת גובה הזרבובית כדי להבטיח את התהליך כולו. מבחינת בניית המסגרת התיאורטית, הצוות שילב לראשונה את תיאוריית התרמודינמיקה של הטרנספורמציה ותורת הדיסקרטיזציה המתאימה ובנה מסגרת תיאורטית לעריכת חום לא קונפורמטי. על ידי הצגת טרנספורמציה של טנזור המוליכות התרמית, מושגת המרת מיפוי מדויקת מקואורדינטות וירטואליות למרחב בפועל, ומספקת בסיס מוצק ויכולת חיזוי לעיצוב חום מורכב - ביצוע מבני הסוואה. תוצאות הניסוי מראות כי חומרי החום הלא -קונפורמליים המבצעים מטא -חומרים מיוצרים על ידי טכנולוגיה זו יכולה לווסת במדויק את זרימת החום, מה שהופך את החום לעקוף את האזורים הספציפיים ביעילות, ואזור הסוואה מגיע לאחידות הטמפרטורה הצפויה. זה מאמת באופן מלא את יכולת השליטה הגבוהה של תהליך הייצור ואת אפקט הסווג התרמי המצוין, ומראה גם את היושרה המבנית הגבוהה ואת הביצועים המצוינים של מטא -חומר זה. מבחינת היישום, לטכנולוגיה זו יש ערך יישום מעשי בתחומים כמו הגנה תרמית חלל ופיזור חום של מכשירים אלקטרוניים. לדוגמה, ניתן להשתמש בו לייצור מערכות הגנה תרמיות יעילות וחומרי פיזור חום.
בקיצור, סיבי המתכת הרציפים - טכנולוגיית הדפסת תלת מימד משובצת מספקת רעיונות חדשים לפיתרון המגבלות של שיטות ייצור מסורתיות. עם השיפור והאופטימיזציה המתמדת בכל ההיבטים, מטא -חומרים תרמיים יציגו סיכויי יישום רחבים וערך כלכלי רב בתחומים רבים יותר.