core rather than the whole structure. In fact, a honeycomb plate is
usually made by bonding the side plates and the honeycomb core
together, which are made separately [31,36]. Unlike commercialized
sandwich honeycomb plates, the forewing itself is completely integrated
(a single body) with the trabecula–honeycomb. By comparing the
thickness of the walls of honeycomb cells and the dimensions of the
trabeculae (Fig. 2a, b), which are reinforced by organic fibers (Fig. 2d),
it can be seen that the trabeculae play a more important role in the
structural reinforcement than the honeycomb core. Fig. 3(a) shows
schematic views of fibers in the cross-section of the forewing of a beetle,
and Fig. 3(b) is an example of the three-dimensional fiber orientation in
a trabecula. It has been demonstrated that trabeculae connect the upper
and lower lamination layers to prevent their separation. The results of
experiments conducted using living forewing specimen show that the
forewings possess high interlaminar strength [15].
The attractiveness of the natural design, especially the integrated
honeycomb technology of beetle forewings, was strongly compelling
and motivated us to conduct research on integrated molding based on
their honeycomb composites. For the first time, it has been shown
that the beetle forewing contains a fully integrated honeycomb rather
than a traditional “honeycomb” structure. This discovery is significant
in the field of bionics. It is possible that the beetle forewing will become
synonymous with the honeycomb plate, just as dragonflies and bats
have become synonymous with airplanes and radar, respectively.
3.2. Integrated honeycomb technology: connecting man-based design
with bio-based design
All structures have advantages and disadvantages with respect to
the design and manufacturing process. The structure of beetle
forewings was thought to be difficult to manufacture as an integrated
body. It is this difficulty that motivated us to develop the honeycomb
technology. As shown in Figs. 1–3, there are voids inside the honeycomb
plate. Furthermore, the fibers are continuous and are located in the
trabecula–honeycomb plate organically. The difficulties of manufacturing
such structures by molding are obvious. We have been searching for
approaches to manufacture such delicate biological structures since
2000 and have finally achieved a new concept that makes integrated
molding possible [34]. This concept is inspired by the way a structure is
numerically modeled using Finite Elements (FEs) and how single
elements of the model tessellate and contribute to create the structure
representation [37].
Fig. 4 shows a set of molding tools. If each hexagonal space of the
honeycomb is filled with a male tool and a continuous plate is built,
we can disassemble the plate into a limited number of basic male
tools and a honeycomb plate. Each basic male tool is similar to an
element of an FE mesh. The male tools were made with paraffin wax,
and basalt fiber meshes were laid in the female tool (Fig. 4a). We
injected a mixture of shredded basalt fiber and epoxy resin into the
mold in a trial production. After solidification at a low temperature,
the male tools were removed by heating, and an integrated honeycomb
plate with trabeculae inside the honeycomb was manufactured
(Fig. 4d). Details of the manufacturing method have been discussed in
the patent [34], and we are considering to publish them in a concurrent
article [38].
As in conventional honeycomb plates [31,39], edge sealing is
required for the integrated plates [34]. The inspiration for edge sealing
can be obtained from biodesigns [38]. The edges of beetle forewings
have a frame structure [6], which is a novel integrated edge that is
seamlessly sealed. By adding spaces around the edge of a female tool,
we can achieve edge sealing [38].
As an example, Fig. 5 shows a handmade trabecula–honeycomb
plate. Fig. 5(a) and (b) shows the photographs of a lower lamination
layer and the cross-section. Short and long fibers are shown in
Fig. 5(a); short fibers can be observed in the whole sample, and long
fibers lie on the lamination layers in a regular pattern. The side surface
of the trabeculae and the honeycomb wall can be seen in Fig. 5(b).
Although the first prototype integrated honeycomb plate (Fig. 5) is
rather crude, and the fibers are not oriented as perfectly as those in
beetle forewings, we successfully built a platform for integrated molding
that incorporated both short and long fibers as designed. Improvement
of the mechanical properties of this plate can be made by optimizing
the key factors such as materials, molding tools and manufacturing
processes [38]. This molding technology is expected to lead to a
(a) (b) Core
Fig. 3. Schematic view of reinforcing fibers: (a) part of the cross‐section of a forewing, (b) three-dimensional view of a trabecula. The circular arrow shows a spiral fiber surroun
หลักมากกว่าโครงสร้างทั้งหมด ในความเป็นจริง เป็นแผ่นรังผึ้งมักจะทำ โดยยึดแผ่นข้างและหลักรังผึ้งซึ่งจะทำการแยกโดด [31,36] ซึ่งแตกต่างจากกรรแซนวิชแผ่นรังผึ้ง forewing ตัวเองได้สมบูรณ์แบบ(ตัวเดียว) กับ trabecula – รังผึ้ง โดยการเปรียบเทียบการความหนาของผนังของเซลล์รังผึ้งและมิติของการtrabeculae (รูป 2a, b), ซึ่งมีเสริม ด้วยเส้นใยอินทรีย์ (รูปที่ 2d),จะเห็นได้ว่า trabeculae ที่มีบทบาทสำคัญในการเสริมโครงสร้างกว่าหลักรังผึ้ง รูปแสดง 3(a)แผนผังมุมมองของเส้นใยในการ forewing ของด้วงและรูป 3(b) เป็นตัวอย่างของการวางแนวเส้นใยสามมิติในtrabecula มันได้ถูกแสดงให้เห็นว่า trabeculae เชื่อมต่อด้านบนและชั้นเคลือบเพื่อป้องกันการแยกของพวกเขา ผลของการทดลองโดยใช้ชีวิตตัวอย่าง forewing แสดงว่าการด้านมีความสูง interlaminar [15]ความน่าสนใจของธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวรังผึ้งเทคโนโลยีด้านด้วง เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งและแรงจูงใจที่เราได้ดำเนินการวิจัยในรวมปั้นอิงคอมโพสิตรังผึ้งของพวกเขา ครั้งแรก มันแสดงว่า forewing ด้วงประกอบด้วยช่องรังผึ้งครบวงจรแทนกว่าโครงสร้างแบบดั้งเดิม "รังผึ้ง" การค้นพบนี้เป็นสำคัญในฟิลด์ bionics เป็นไปได้ที่ forewing ด้วงจะกลายเป็นเหมือนกับแผ่นรังผึ้ง เช่นเดียวกับแมลงปอและค้างคาวได้กลายเป็นเหมือนกับเครื่องบินและเรดาร์ ตามลำดับ3.2. เทคโนโลยีรังผึ้ง: การเชื่อมต่อการออกแบบคนแบบชีวภาพโครงสร้างทั้งหมดมีข้อดีและข้อเสียการการออกแบบและกระบวนการผลิต โครงสร้างของด้วงคิดว่า จะยากที่จะผลิตเป็นแบบด้านร่างกาย เป็นอุปสรรคที่มีแรงจูงใจเราพัฒนารังผึ้งเทคโนโลยี ดังแสดงในมะเดื่อ. 1 – 3 มีช่องว่างภายในรังผึ้งแผ่น นอกจากนี้ เส้นใยต่อเนื่อง และอยู่ในการtrabecula – รังผึ้งจานอินทรีย์ ความยากลำบากในการผลิตโครงสร้างดังกล่าว โดยการปั้นเห็นได้ชัด เราได้รับการค้นหาวิธีการผลิตโครงสร้างทางชีวภาพดังกล่าวละเอียดอ่อนตั้งแต่2000 และในที่สุดก็ประสบความสำเร็จมีแนวคิดใหม่ที่ทำให้ตัวปั้นไป [34] แนวคิดนี้เป็นแรงบันดาลใจทางโครงสร้างตัวเลขจำลองโดยใช้องค์ประกอบจำกัด (FEs) และวิธีเดียวองค์ประกอบของแบบจำลอง tessellate และนำไปสู่การสร้างโครงสร้างการแสดง [37]รูป 4 แสดงชุดเครื่องมือปั้น ถ้าพื้นที่หกเหลี่ยมแต่ละรังผึ้งเต็มไป ด้วยเครื่องมือชาย และ สร้างแผ่นต่อเนื่องเราสามารถถอดแผ่นเข้าชายพื้นฐานจำนวนจำกัดเครื่องมือและแผ่นรังผึ้ง แต่ละเครื่องมือชายพื้นฐานจะคล้ายกับการองค์ประกอบของตาข่ายมี FE เครื่องมือชายทำ ด้วยขี้ผึ้งพาราฟินและบะซอลต์ใยตาข่ายถูกวางในมือหญิง (รูปที่ 4a) เราฉีดส่วนผสมของหยองบะซอลต์ไฟเบอร์และอีพ็อกซี่เรซินเป็นการแม่พิมพ์ในการผลิตทดลองใช้ หลังจากแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำเครื่องมือชายถูกเอาออก โดย เครื่องทำความร้อนรังผึ้งการบูรณาการจาน trabeculae ภายในรังผึ้งการผลิต(รูป 4d) ได้รับการกล่าวถึงรายละเอียดของวิธีการผลิตในการจดสิทธิบัตร [34], และเรากำลังพิจารณาที่จะเผยแพร่ในพร้อมกันบทความ [38]ในแผ่นรังผึ้งทั่วไป [31,39], ปิดผนึกขอบเป็นจำเป็นสำหรับแผ่นรวม [34] แรงบันดาลใจสำหรับการปิดผนึกขอบสามารถได้รับจาก biodesigns [38] ขอบของด้านด้วงมีโครงสร้างเฟรม [6], ซึ่งเป็นขอบรวมเป็นนวนิยายที่เป็นปิดผนึกได้อย่างราบรื่น โดยการเพิ่มช่องว่างรอบ ๆ ขอบของเครื่องมือหญิงเราสามารถบรรลุขอบปิดผนึก [38]ตัวอย่างเช่น 5 รูปแสดงการ trabecula – รังผึ้งทำด้วยมือแผ่น รูป 5(a) และ (ข) แสดงรูปถ่ายของเคลือบที่ต่ำกว่าชั้นและส่วนข้าม เส้นใยสั้น และแสดงในมะเดื่อ 5(a) เส้นใยสั้นที่สามารถสังเกตได้จากตัวอย่างทั้งหมด และยาวเส้นใยที่อยู่บนชั้นเคลือบในรูปแบบปกติ พื้นผิวด้านข้างใน trabeculae และรังผึ้งผนังคุณจะได้ในรูป 5(b)แม้ว่าต้นแบบแรกรวม เป็นแผ่นรังผึ้ง (5 รูป)ค่อนข้าง ดิบ และเส้นใยจะไม่เน้นอย่างสมบูรณ์ทั้งในด้าน ด้วงเราสำเร็จสร้างแพลตฟอร์มแบบสำหรับรวมปั้นที่รวมทั้งระยะสั้น และยาวเส้นใยเป็นการออกแบบ การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของแผ่นนี้สามารถทำได้ โดยการเพิ่มประสิทธิภาพปัจจัยสำคัญเช่นวัสดุ เครื่องมือปั้น และการผลิตกระบวนการ [38] คาดว่าเทคโนโลยีนี้ปั้นจะนำไปสู่การ(ก) (ข) หลักรูป 3 ดูแผนผังของการเสริมเส้นใย: (ก) เป็นส่วนหนึ่งของ cross‐section ของ forewing, (ข) สามมิติมุมมองของ trabecula ลูกศรวงกลมแสดงการช็อปปิ้งใยเกลียว
การแปล กรุณารอสักครู่..
