学术前沿 | 增材制造的声学吸收超材料：综述

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-08 21:01

正文

噪声污染是现代生活中的一个主要问题，导致各种心理和精神健康问题。本研究集中于超材料的最新进展，特别是增材制造的声学吸声超材料。这些超材料在广泛频率范围内展现出巨大的噪声降低潜力。本综述试图将这些增材制造的声学吸声超材料分为四类：穿孔型、开槽型、蜂窝型和混合型。在文中，我们详细研究了每一子类的效率和适用性，并对每一子类中进行的实验研究进行了批判性分析。综述重点评估了它们的工作原理，特别是通过考察不同关键参数对这些超材料声学吸声能力的影响。通过这篇全面的综述，我们旨在展示这一发展领域的现状，并激励更多的研究与创新，以寻求有效的噪声污染减缓措施。

在不久的将来，增材制造（AM）的进展预计将通过若干开创性的技术发展，彻底改变声学超材料的生产。其中一个有前景的方向是利用微/纳米3D打印技术开发微结构超材料[136]。这种方法能够精确制造高度复杂的设计，允许更加细小的几何特征和超轻量的声学吸声超材料（ACA-Meta）。然而，微/纳米3D打印技术的主要问题是可扩展性，迫切需要提高打印速度。针对这一问题，一种有前景的解决方案是最近开发的体积增材制造技术[137]。此外，增材制造技术如激光粉末床熔化中的多激光束系统，结合能够生产几米大规模构建体积的能力，预计将改变声学超材料的工业制造[138]。此外，4D打印技术的进步为这一领域带来了新的维度，通过集成智能材料和结构。这种技术能够使用形状记忆合金或聚合物进行打印，赋予超材料动态功能，从而开发出能够响应环境刺激的可适应和可重构的声学系统[139]。此外，混合3D打印通过利用金属激光粉末床熔化技术，支持具有功能梯度的多材料打印，预计将进一步推动该领域的发展[140]。这些突破使得不同特性材料能够无缝集成在同一结构中，优化其在复杂多样的声学应用中的性能。这些增材制造的突破共同指明了一条颠覆性的发展道路，开启了构建具有无与伦比的精度、可扩展性和多功能性的声学超材料的新可能，同时满足各个领域日益增长的对改进声学解决方案的需求。图20总结了在第7.1节和第7.2节中讨论的设计与增材制造领域。