Design and manufacturing of 4D metamaterials based on printed structures with embedded elements of smart materials
Project goals
Project focuses on design, fabrication and characterization of a new class of 4D metamaterials with embedded smart material elements for energy harvesting, sensing and actuating purposes supported by mathematical modelling. These metamaterials exploit the unique properties of shape memory alloys and piezoelectric materials, and the advances in 3D printing to create structure with an artificial behavior in case of mechanical and electrical responses. Multidisciplinary modelling and characterization of individual multi-domain structure properties and development of novel manufacturing process are essential parts of this project. The manufacturing technology would enable fabrication of building blocks consisting of polymer lattice and embedded smart material elements to achieve functional properties not feasible by current technologies. Metamaterial is designed by repeated pattern of building blocks to create a complex artificial structure with intentionally changeable properties and shape; both could be change with loads and controlled via an external stimulus like current.
Keywords
Shape Memory AlloyPiezoelectrics3D printSimulationMetamaterials4D
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
International projects
Call for proposals
SGA0202200003
Main participants
Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
22-14387J
Alternative language
Project name in Czech
Návrh a výroba 4D metamateriálů založených na tištěných strukturách s integrovanými prvky ze smart materiálů
Annotation in Czech
Projekt je zaměřen na návrh, výrobu a charakterizaci nové třídy 4D metamateriálů s integrovanými prvky chytrých materiálů pro úlohy získávání energie, snímání a aktuaci podepřené modelováním. Metamateriály využívají unikátních vlastností slitin s tvarovou pamětí a piezoelektrických materiálů a díky pokrokům v 3D tisku jsou vytvořeny struktury s novým chováním z hlediska elektro-mechanických odezev. Multidisciplinární modelování a charakterizace jednotlivých mezioborových vlastností jednotlivých struktur a vývoj nového výrobního procesu jsou podstatou částí tohoto projektu. Technologie této výroby umožnuje skládání stavebních bloků skládajících se z polymerní mřížky a vložených prvků smart materiálu, aby se dosáhlo funkčních vlastností, které nejsou současnými technologiemi dostupné. Metamateriál je navržen jako opakovaný vzor stavebních bloků k vytvoření komplexní umělé struktury se záměrně proměnlivými vlastnostmi a tvarem; obojí lze měnit zátěží a ovládat pomocí externího zatížení, jako je proud.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
20302 - Applied mechanics
OECD FORD - secondary branch
20501 - Materials engineering
OECD FORD - another secondary branch
20201 - Electrical and electronic engineering
GB - Agricultural machines and construction
JA - Electronics and optoelectronics
JB - Sensors, detecting elements, measurement and regulation
JG - Metallurgy, metal materials
JP - Industrial processes and processing
JQ - Machinery and tools
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2022
Realization period - end
Dec 31, 2024
Project status
—
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GC-R
Data delivery date
Mar 12, 2025
Finance
Total approved costs
11,790 thou. CZK
Public financial support
10,585 thou. CZK
Other public sources
1,205 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
11 790 CZK thou.
Public support
10 585 CZK thou.
89%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Applied mechanics
Solution period
01. 01. 2022 - 31. 12. 2024