[实用新型]一种适用于3D打印的三维负泊松比结构

说明书

本实用新型提供一种适用于3D打印的三维负泊松比结构，螺旋单元由一螺旋臂以内端为中心环形阵列而成；多个螺旋单元在平面上依次排列，相邻两个螺旋单元呈镜像设置，且固定连接；相邻两个平面螺旋结构的螺旋单元在上下向一一对应，且呈镜像设置；上下相邻两个螺旋单元的螺旋臂外端一一对应且通过倾斜杆连接。本实用新型提出的技术方案的有益效果是：该结构负泊松比性能高且适用于3D打印，该负泊松比结构具有典型的负泊松比形变特征，典型的弯曲主导的力学响应；负泊松比结构在较大压缩应变区间下具有十分平稳的平台应力，没有任何急剧塌陷和灾难性破坏，这体现出负泊松比结构设计的合理性，这为设计高应变或抗冲击功能器件提供了难得的机会。

技术领域

本实用新型涉及负泊松比结构技术领域，尤其涉及一种适用于3D打印的三维负泊松比结构。

背景技术

通常认为，几乎所有的材料泊松比值都为正，约为1/3，橡胶类材料为 1/2，金属铝为0.133，铜为0.127，典型的聚合物泡沫为0.11～0.14等，即这些材料在拉伸时材料的横向发生收缩。而负泊松比效应，是指受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀；而受压缩时，材料的横向反而发生收缩。这种现象在热力学上是可能的，但通常材料中并没有普遍观察到负泊松比效应的存在。近年来发现的一些特殊结构的材料具有负泊松比效应，由于其奇特的性能而倍受材料科学家和物理学家们的重视该负泊松比结构可以作为夹芯结构的面层，起到保护芯材和提高结构整体的力学性能的作用。

与一般泊松比为正的材料相反，泊松比为负的材料和结构在拉力作用下横向扩展，在压力作用下横向内缩。负泊松比材料和结构以其独特的方式受到了广泛的关注和研究。实验证明，该类功能性材料具有良好的力学性能，包括抗剪切、抗压痕性、抗冲击、良好的能量吸收能力，具有广阔的工业应用前景。由于3D打印技术在结构可制造性方面的局限，许多常规负泊松比结构不能通过3D打印技术成型。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述问题，本实用新型的实施例提供了一种适用于3D打印的三维负泊松比结构。

本实用新型的实施例提供一种适用于3D打印的三维负泊松比结构，包括：

多个平面螺旋结构，在上下向间隔设置，所述平面螺旋结构包括多个螺旋单元，所述螺旋单元包括多个螺旋臂，所述螺旋臂呈椭圆的四分之一弧长状设置，所述螺旋臂内端与椭圆长轴端点重合，外端与该椭圆短轴端点重合，所述螺旋单元由一所述螺旋臂以所述内端为中心环形阵列而成，多个所述螺旋臂的内端重合形成中心点；

多个所述螺旋单元在平面上沿X轴、Y轴依次排列，相邻两个所述螺旋单元呈镜像设置，且通过所述外端固定连接；相邻两个所述平面螺旋结构的所述螺旋单元在上下向一一对应，且呈镜像设置；

倾斜支撑结构，包括多个倾斜角度相同的倾斜杆，上下相邻两个所述螺旋单元的所述螺旋臂外端一一对应，且分别通过所述倾斜杆连接。

进一步地，所述倾斜杆的倾斜角度为30-60°。

进一步地，每一所述螺旋单元的所述螺旋臂外端位于正多边形的边长上，所述正多边形的边长数量与所述螺旋臂的数量相同，且每一所述螺旋臂与每一所述边长一一对应且垂直，所述正多边形的边长长度与所述椭圆短轴长度之比为2。

进一步地，所述螺旋单元的多个所述螺旋臂均匀间隔设置。

进一步地，每一所述螺旋单元的螺旋臂的数量为三个。

进一步地，每一所述螺旋单元的螺旋臂的数量为四个。

进一步地，每一所述螺旋单元的螺旋臂的数量为六个。

进一步地，所述倾斜杆与所述螺旋臂外端的连接处内侧呈圆角设置。