ES2907514A1 - Meta-metamaterial and metamaterial unit formed from that cell unit (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Abstract

Cell unit of metamaterial and metamaterial formed from said unit cell. Cell unit (c) of metamaterial in the form of straight hexagonal prism, provided with oblique beams joined together forming: a first group of nodes (B1, B2, B3, B4, B5, B6) arranged on a central horizontal plane (P) and that define the interior vertices of a star; a second group of nodes (S1, S2, S3, S4, S5, S6) that define the outer vertices of the star, and are located vertically alternately above and below the horizontal plane (P); and a third group of nodes (M1, M2) auxiliaries arranged vertically above and below the horizontal plane (p) (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

CELDA UNIDAD DE METAMATERIAL Y METAMATERIAL FORMADO A PARTIR UNIT CELL OF METAMATERIAL AND METAMATERIAL FORMED FROM

DE DICHA CELDA UNIDADOF SAID UNIT CELL

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR

La presente invención pertenece al sector del diseño y fabricación de materiales, concretamente al campo de los metamateriales.The present invention belongs to the sector of the design and manufacture of materials, specifically to the field of metamaterials.

Más en particular, el objeto principal de la invención es una celda unidad de metamaterial cuya geometría y propiedades macroscópicas finales dependen de unos parámetros geométricos que son variables. Esto permite generar celdas unidad de metamaterial que mantengan una forma externa y una conectividad determinadas, pero cuyas propiedades mecánicas y/o electromagnéticas macroscópicas finales pueden variarse ampliamente, a voluntad. De este modo, es posible crear, por ejemplo, un metamaterial con gradientes en su propiedad mecánica del módulo de Poisson.More particularly, the main object of the invention is a unit cell of metamaterial whose geometry and final macroscopic properties depend on variable geometric parameters. This allows generating metamaterial unit cells that maintain a given external shape and connectivity, but whose final macroscopic mechanical and/or electromagnetic properties can be varied widely, at will. In this way, it is possible to create, for example, a metamaterial with gradients in its Poisson's modulus mechanical property.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Durante los últimos años los metamateriales han ido cobrando importancia en diferentes campos de investigación. Sin embargo, los primeros estudios de estos materiales datan de finales del siglo XIX y principios del XX. Y ya en el siglo XXI se han potenciado con la irrupción de las metodologías de impresión 3D, lo que ha generalizado su uso en la industria.In recent years, metamaterials have gained importance in different fields of research. However, the first studies of these materials date from the late nineteenth and early twentieth centuries. And already in the 21st century they have been enhanced with the emergence of 3D printing methodologies, which has generalized their use in the industry.

Los metamateriales son un tipo de materiales artificiales cuyas propiedades mecánicas y/o electromagnéticas dependen principalmente de la geometría de su microestructura, más que de su composición química. De este modo, partiendo de un mismo material base puede diseñarse la geometría de su microestructura de tal forma que se dote específicamente al metamaterial resultante de unas determinadas Metamaterials are a class of artificial materials whose mechanical and/or electromagnetic properties depend mainly on the geometry of their microstructure, rather than on their chemical composition. In this way, starting from the same base material, the geometry of its microstructure can be designed in such a way that the resulting metamaterial is specifically endowed with certain propiedades finales y funcionalidades concretas.final properties and concrete functionalities.

Por esta razón, los metamateriales tienen actualmente un elevado potencial en numerosas industrias y aplicaciones diferentes, puesto que pueden diseñarse con una geometría específica que les otorgue unas determinadas características, incluso características que no se encuentran en los materiales convencionales, lo cual abre una puerta a multitud de aplicaciones: ingenieriles, médicas, etc. No sólo permiten trabajar en nuevos conceptos e ideas, sino que también harán posible mejorar tecnologías que ya existen.For this reason, metamaterials currently have great potential in numerous different industries and applications, since they can be designed with a specific geometry that gives them certain characteristics, even characteristics that are not found in conventional materials, which opens a door to multitude of applications: engineering, medical, etc. Not only do they allow you to work on new concepts and ideas, but they will also make it possible to improve existing technologies.

La aparición de la fabricación aditiva (o impresión 3D) también ha jugado un papel importante en el auge de los metamateriales, puesto que dicha tecnología se ha convertido en la principal forma de fabricación de este tipo de materiales, ya que permite conseguir estructuras geométricamente complicadas con la suficiente precisión.The appearance of additive manufacturing (or 3D printing) has also played an important role in the rise of metamaterials, since this technology has become the main way of manufacturing this type of material, since it allows geometrically complicated structures to be achieved. accurately enough.

En los últimos años, en el campo técnico de la fabricación aditiva han aparecido mejoras considerables. De hecho, se han mejorado sustancialmente -tanto las propias técnicas de fabricación- como el software empleado en esta tecnología.Considerable improvements have appeared in the technical field of additive manufacturing in recent years. In fact, both the manufacturing techniques themselves and the software used in this technology have been substantially improved.

Los metamateriales suelen tener una microestructura ordenada que resulta de la repetición en el espacio de una unidad básica, llamada “celda unidad”. Dicha celda unidad de metamaterial comprende habitualmente una pluralidad de barras (o vigas) que se unen entre sí formando nodos y dan lugar a una estructura con una geometría predeterminada.Metamaterials usually have an ordered microstructure that results from the repetition in space of a basic unit, called a “unit cell”. Said unit cell of metamaterial usually comprises a plurality of bars (or beams) that are joined together forming nodes and give rise to a structure with a predetermined geometry.

En la mayoría de los casos, para fabricar el metamaterial se unen sucesivamente entre sí distintas celdas unidad, dando lugar a una capa horizontal. Asimismo, varias de dichas capas horizontales se agrupan -a su vez- verticalmente entre sí, para dar lugar a una porción de metamaterial.In most cases, to manufacture the metamaterial, different unit cells are successively joined together, giving rise to a horizontal layer. Also, several of these horizontal layers are grouped -in turn- vertically with each other, to give rise to a portion of metamaterial.

Actualmente existen diferentes configuraciones de celda unidad de metamaterial con buenas propiedades. El problema de estas celdas es que su diseño es fijo, por lo que sus propiedades únicamente se pueden cambiar mediante la utilización de otro material a la hora de la fabricación. Currently there are different metamaterial unit cell configurations with good properties. The problem with these cells is that their design is fixed, so their properties can only be changed by using another material at the time of manufacture.

En el sector de los metamateriales existe, por tanto, la necesidad de desarrollar nuevas celdas unidad de metamaterial que superen estas limitaciones del estado de la técnica.In the field of metamaterials, there is therefore a need to develop new metamaterial unit cells that overcome these limitations of the state of the art.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención pretende subsanar los problemas y desventajas de la técnica anterior, mencionadas anteriormente.The present invention aims to overcome the problems and disadvantages of the prior art, mentioned above.

A tal fin, un primer objeto de la presente invención se refiere a una celda unidad de metamaterial con forma de prisma hexagonal recto, provista en su interior de vigas oblicuas, caracterizada porque dichas vigas están unidas entre sí formando:To this end, a first object of the present invention refers to a unit cell of metamaterial in the shape of a right hexagonal prism, provided inside with oblique beams, characterized in that said beams are joined together forming:

- un primer grupo de nodos dispuesto sobre un plano horizontal central, estando cada uno de dichos nodos ubicado de forma que define un vértice interior de una estrella,- a first group of nodes arranged on a central horizontal plane, each of said nodes being located so as to define an interior vertex of a star,

- un segundo grupo de nodos, estando cada uno de dichos nodos dispuesto de forma que define un vértice exterior (o punta) de la estrella, estando además cada uno de dichos nodos ubicado verticalmente, de forma alterna, por encima y por debajo del plano horizontal central; y- a second group of nodes, each of said nodes being arranged in such a way as to define an outer vertex (or point) of the star, each of said nodes also being located vertically, alternately, above and below the plane central horizontal; Y

- un tercer grupo de nodos auxiliares dispuestos verticalmente por encima y por debajo del plano horizontal central.- a third group of auxiliary nodes arranged vertically above and below the central horizontal plane.

Esta celda unidad de metamaterial según la presente invención es ortótropa. Es decir, tiene ejes ortogonales entre sí, de doble simetría rotacional, de forma que sus propiedades mecánicas son diferentes en las direcciones de cada uno de esos ejes.This metamaterial unit cell according to the present invention is orthotropic. That is, it has mutually orthogonal axes, with double rotational symmetry, so that its mechanical properties are different in the directions of each of these axes.

Preferiblemente, la celda unidad de metamaterial según la presente invención comprende dos nodos auxiliares, estando el primero de dichos nodos auxiliares dispuesto verticalmente a una primera distancia predeterminada (llamada en lo sucesivo Djoint) por debajo del plano horizontal central y estando el segundo de dichos nodos auxiliares dispuesto verticalmente a dicha primera distancia predeterminada (Djoint) por encima del plano horizontal central. Preferably, the metamaterial unit cell according to the present invention comprises two auxiliary nodes, the first of said auxiliary nodes being arranged vertically at a first predetermined distance (hereinafter called Djoint) below the central horizontal plane and the second of said nodes being auxiliaries arranged vertically at said first predetermined distance (Djoint) above the central horizontal plane.

Más preferiblemente, la primera distancia predeterminada (Djoint) viene determinada por:More preferably, the first predetermined distance (Djoint) is determined by:

Hcapashlayers

Djoint = v i Djoint = v i * --------- -----------* --------- -----------

DondeWhere

vi es un parámetro comprendido entre 0,8 y 0,8; yvi is a parameter between 0.8 and 0.8; Y

Hcapas es la altura entre capas del metamaterial.Hlayers is the height between layers of the metamaterial.

Asimismo, preferiblemente, el segundo grupo de nodos comprende seis nodos diferentes, estando cada uno de dichos nodos ubicado verticalmente de forma alterna, por encima y por debajo a una segunda distancia predeterminada (llamada en lo sucesivo Heightstar) del plano horizontal central.Also preferably, the second group of nodes comprises six different nodes, each of said nodes being located alternately vertically, above and below a second predetermined distance (hereinafter called Heightstar) from the central horizontal plane.

Más preferiblemente, la segunda distancia predeterminada (Heightstar) viene determinada por:More preferably, the second predetermined distance (Heightstar) is determined by:

Heightstar = v 2 * DjointHeightstar = v 2 * Djoint

Donde v2 es un parámetro comprendido entre 0 y 0,5.Where v2 is a parameter between 0 and 0.5.

Por lo tanto, en las realizaciones de la celda unidad de metamaterial según la presente invención descritas anteriormente, su comportamiento mecánico macroscópico viene determinado por los siguientes parámetros geométricos:Therefore, in the embodiments of the metamaterial unit cell according to the present invention described above, its macroscopic mechanical behavior is determined by the following geometric parameters:

- La forma de la estrella en planta que definen las vigas centrales de la celda unidad formando el primer grupo de nodos, controlada por la variable Dstar, - la altura a la que se encuentran los nodos del segundo grupo (que forman la sección hexagonal general), controlado por la variable Heightstar, y- The shape of the star in plan that defines the central beams of the unit cell forming the first group of nodes, controlled by the variable Dstar, - the height at which the nodes of the second group are found (which form the general hexagonal section ), controlled by the Heightstar variable, and

- la altura a la que se encuentran los nodos auxiliares del tercer grupo (que unen todas las vigas que parten del interior de la estrella), controlado por la variable Djoint.- the height of the auxiliary nodes of the third group (which join all the beams that start from the interior of the star), controlled by the Djoint variable.

Las celdas unidad de metamaterial según la presente invención cambian de tamaño, deformándose ligeramente, cuando se ven sometidas a una carga. La dirección The metamaterial unit cells according to the present invention change size, deforming slightly, when subjected to a load. The direction preferente de carga de dichas celdas unidad de la invención es la dirección z (o vertical). Dependiendo de los valores elegidos para cada parámetro geométrico, las posiciones de los nodos cambiarán y con ello su comportamiento frente a una carga. Sin embargo, la forma en que se transmiten las cargas sí que es genérica independientemente de los parámetros. De este modo, manteniendo la misma estructura de celdas unidad y variando únicamente dichos parámetros geométricos característicos, pueden obtenerse celdas unidad de metamaterial con propiedades mecánicas muy diferentes, teles como, por ejemplo: módulo de Young y coeficiente de Poisson.The preferred loading of said unit cells of the invention is the z (or vertical) direction. Depending on the values chosen for each geometric parameter, the positions of the nodes will change and with it their behavior against a load. However, the way loads are transmitted is generic regardless of the parameters. In this way, maintaining the same unit cell structure and only varying said characteristic geometric parameters, metamaterial unit cells with very different mechanical properties can be obtained, such as, for example: Young's modulus and Poisson's ratio.

De este modo, la presente invención permite diseñar metamateriales que posean unas propiedades mecánicas y/o electromagnéticas macroscópicas finales predeterminadas, sin que para ello sea necesario variar la estructura de las celdas unidad que componen dicho metamaterial.In this way, the present invention allows the design of metamaterials that have predetermined final macroscopic mechanical and/or electromagnetic properties, without it being necessary to vary the structure of the unit cells that make up said metamaterial.

Asimismo, gracias a la presente invención también es posible obtener porciones de metamaterial, cuyas propiedades estructurales no sean constantes, sino que varíen de una forma predeterminada a lo largo de una o más zonas de la misma (por ejemplo, definiendo un gradiente). Para ello, basta con variar de forma gradual los parámetros geométricos característicos de las celdas unidad pertenecientes a esas zonas.Likewise, thanks to the present invention it is also possible to obtain portions of metamaterial, whose structural properties are not constant, but rather vary in a predetermined manner along one or more zones thereof (for example, defining a gradient). To do this, it suffices to gradually vary the characteristic geometric parameters of the unit cells belonging to these zones.

El hecho de que todas las barras (o vigas) de las celdas unidad según la invención sean oblicuas facilita su fabricación mediante impresión 3D, ya que se minimiza la aparición de errores, al no tener elementos horizontales ni con baja inclinación.The fact that all the bars (or beams) of the unit cells according to the invention are oblique facilitates their manufacture by 3D printing, since the appearance of errors is minimised, as they do not have horizontal or low-inclination elements.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented: Next:

Figura 1.- Muestra una vista 3D de una primera realización de una celda unidad de metamaterial según la presente invención y con un coeficiente de Poisson de signo Figure 1.- Shows a 3D view of a first embodiment of a metamaterial unit cell according to the present invention and with a sign Poisson's ratio positivo.positive.

Figura 2.- Muestra una vista 3D una segunda realización de una celda unidad de metamaterial según la presente invención, con un coeficiente de Poisson negativo (comportamiento auxético).Figure 2.- Shows a 3D view of a second embodiment of a metamaterial unit cell according to the present invention, with a negative Poisson's ratio (auxetic behavior).

Figura 3.- Muestra una vista frontal de la celda representada en la Figura 1.Figure 3.- Shows a front view of the cell represented in Figure 1.

Figura 4.- Muestra una vista de planta de la celda unidad representada en la Figura 1.Figure 4.- Shows a plan view of the unit cell represented in Figure 1.

Figura 5.- Es una vista esquemática en planta que representa una muestra de metamaterial según el segundo aspecto de la invención, formado a partir de la agrupación de celdas unidad según el primer aspecto de la invención.Figure 5.- Is a schematic plan view that represents a sample of metamaterial according to the second aspect of the invention, formed from the group of unit cells according to the first aspect of the invention.

Figura 6.- muestra una imagen perteneciente a un archivo de tipo stl, el cual se utiliza para introducir el modelo de metamaterial en una máquina de fabricación aditiva o impresora 3D para su fabricación.Figure 6.- shows an image belonging to an stl type file, which is used to introduce the metamaterial model in an additive manufacturing machine or 3D printer for its manufacture.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

A lo largo de la presente descripción, así como en las figuras, los elementos con funciones iguales o similares se designarán con las mismas referencias numéricasThroughout this description, as well as in the figures, the elements with the same or similar functions will be designated with the same numerical references.

Una primera realización de celda unidad (C) de metamaterial según la presente invención se ilustra en las Figuras 1,3 y 4, y da lugar a un material con un coeficiente de Poisson de signo positivo.A first embodiment of unit cell (C) of metamaterial according to the present invention is illustrated in Figures 1, 3 and 4, and gives rise to a material with a positive Poisson's ratio.

Los nodos correspondientes al primer grupo se designan con las referencias B1, B2, B3, B4, B5, B6 y están dispuestos sobre el plano horizontal central P. Cada uno de dichos nodos del segundo grupo B1, B2, B3, B4, B5 y B6 define uno de los vértices interiores de una estrella (vista en planta y mostrada en la Fig. 3).The nodes corresponding to the first group are designated with the references B1, B2, B3, B4, B5, B6 and are arranged on the central horizontal plane P. Each of said nodes of the second group B1, B2, B3, B4, B5 and B6 defines one of the inner vertices of a star (plan view and shown in Fig. 3).

Asimismo, los nodos correspondientes al segundo grupo se designan con las referencias S1, S2, S3, S4, S5, y S6. Dichos nodos S1 a S6 definen los vértices exteriores de la estrella, y están ubicados verticalmente, de forma alterna, por encima Likewise, the nodes corresponding to the second group are designated with the references S1, S2, S3, S4, S5, and S6. Said nodes S1 to S6 define the outer vertices of the star, and are located vertically, alternately, above y por debajo del plano horizontal central (P) a una altura Heightstar.and below the central horizontal plane (P) at a Heightstar height.

Por último, los nodos auxiliares, correspondientes al tercer grupo, se designan con las referencias M1 y M2, estando uno de ellos (M1) dispuesto por encima plano horizontal central P y el otro (M2), por debajo del mismo a una altura Djoint.Finally, the auxiliary nodes, corresponding to the third group, are designated with the references M1 and M2, one of them (M1) being arranged above the central horizontal plane P and the other (M2), below it at a height Djoint .

En la Figura 2 se muestra una segunda realización de una celda unidad C de metamaterial según la presente invención, que da lugar a un material con un coeficiente de Poisson de signo negativo (es decir, que presenta un comportamiento auxético).Figure 2 shows a second embodiment of a unit cell C of metamaterial according to the present invention, which gives rise to a material with a Poisson's ratio of negative sign (that is, it exhibits auxetic behaviour).

Las dimensiones de las celdas unidad C mostradas en las figuras 1 a 4 a lo largo de las tres direcciones del espacio se definen mediante los ejes x, y, z.The dimensions of the unit cells C shown in Figures 1 to 4 along the three space directions are defined by the x, y, z axes.

Como puede apreciarse en las Figuras 1 a 4, las distintas vigas que forman las celdas unidad C de la invención se pueden separar en varios grupos, dependiendo de la función que desempeñen y de su posición. Cada grupo de vigas se ha indicado con un color diferente, y su función es la que se describe a continuación:As can be seen in Figures 1 to 4, the different beams that form the unit cells C of the invention can be separated into various groups, depending on the function they perform and their position. Each group of beams has been indicated with a different color, and its function is as described below:

• Rojo (Tipo 0). Corresponde a las vigas que forman la estrella central de la celda C. Esta zona es la que de manera diferencial aumentará o disminuirá de tamaño al cargarse la celda.• Red (Type 0). It corresponds to the beams that form the central star of cell C. This area is the one that will differentially increase or decrease in size when the cell is loaded.

• Verde y naranja (Tipo 1). Son las vigas encargadas de transmitir las cargas a la parte central de la celda C a través de los nodos (M1 y M2) y vigas auxiliares.• Green and orange (Type 1). They are the beams in charge of transmitting the loads to the central part of cell C through the nodes (M1 and M2) and auxiliary beams.

• Gris (Tipo 2). Son las vigas auxiliares que conectan los nodos interiores de la estrella con los nodos auxiliares.• Gray (Type 2). They are the auxiliary beams that connect the interior nodes of the star with the auxiliary nodes.

La celda unidad (C) de metamaterial según la invención recibe las cargas verticales exteriores a través de las vigas de Tipo 1 superiores (indicadas en color verde en las figuras) e inferiores (naranja). Concretamente son los nodos de los extremos de estas vigas los que se desplazan, por lo que desplazan los nodos centrales auxiliares. Al ser estos desplazados, y a través de las vigas de Tipo 2 (gris), se desplazan los vértices interiores de la estrella. Dependiendo de las condiciones del caso de carga y de las características de la celda, la sección de la estrella aumentará The metamaterial unit cell (C) according to the invention receives external vertical loads through the upper (indicated in green in the figures) and lower (orange) Type 1 beams. Specifically, it is the nodes at the ends of these beams that move, so they move the auxiliary central nodes. As these are displaced, and through the Type 2 beams (grey), the interior vertices of the star are displaced. Depending on the conditions of the load case and the characteristics of the cell, the star section will increase o disminuirá su superficie, es decir las dimensiones de la celda que son perpendiculares a la carga vertical se verán alteradas aumentando o disminuyendo.or its surface will decrease, that is, the dimensions of the cell that are perpendicular to the vertical load will be altered, increasing or decreasing.

Según lo explicado anteriormente, es posible dimensionar las celdas unidad C de la invención, de tal forma que el Coeficiente de Poisson del metamaterial resultante posea el signo que deseemos. Más en particular:As explained above, it is possible to dimension the unit cells C of the invention, in such a way that the Poisson's Ratio of the resulting metamaterial has the sign that we want. More particularly:

• Coef. Poisson positivo. Este caso se corresponde con la Figura 1. Al comprimir la celda unidad C ésta se expande en las direcciones perpendiculares a la dirección vertical (Z). Dada la posición particular en la que están dispuestos los nodos auxiliares M1 y M2 centrales (visible en dicha Fig. 1), la sección de la estrella aumenta. Por ello, en caso de someter la celda a tracción, la sección disminuiría; y• Coef. positive poisson. This case corresponds to Figure 1. When unit cell C is compressed, it expands in directions perpendicular to the vertical direction (Z). Given the particular position in which the central auxiliary nodes M1 and M2 are arranged (visible in said Fig. 1), the section of the star increases. Therefore, in case of subjecting the cell to traction, the section would decrease; Y

• Coef. Poisson negativo. Este caso se corresponde con la Figura 2. En él, al comprimir la celda y, debido al carácter auxético que tiene la celda unidad, también se reducirán las dimensiones perpendiculares a la dirección vertical.. Al colocarse los nodos auxiliares en las posiciones opuestas (el nodo superior se encuentra en la mitad inferior de la celda, y el nodo inferior en la mitad superior), generan un efecto contrario a la geometría de la Figura 1. Si en lugar de comprimir, se somete a un esfuerzo de tracción la respuesta sería la contraria a la de compresión y se produce una expansión y un aumento de la sección.• Coef. Negative Poisson. This case corresponds to Figure 2. In it, by compressing the cell and, due to the auxetic nature of the unit cell, the dimensions perpendicular to the vertical direction will also be reduced. By placing the auxiliary nodes in opposite positions ( the upper node is in the lower half of the cell, and the lower node in the upper half), they generate an effect contrary to the geometry of Figure 1. If instead of compressing, a tensile stress is applied, the response it would be the opposite of compression and an expansion and an increase in the section are produced.

Para diseñar el metamaterial, los valores geométricos macroscópicos no varían pese al cambio de las propiedades mecánicas de la celda unidad. Estos controlan la geometría macroscópica de la pieza que se quiere diseñar con el metamaterial. Sus valores para una muestra cúbica son las dimensiones de la muestra en las 3 direcciones del espacio y las dimensiones en x, y, z de la celda unidad que definirán la densidad y rigidez macroscópicas. Una de estas dimensiones es la denominada Hcapas.To design the metamaterial, the macroscopic geometric values do not vary despite the change in the mechanical properties of the unit cell. These control the macroscopic geometry of the piece that you want to design with the metamaterial. Its values for a cubic sample are the dimensions of the sample in the 3 directions of space and the dimensions in x, y, z of the unit cell that will define the macroscopic density and stiffness. One of these dimensions is called Hlayers.

En las celdas unidad C de metamaterial mostradas en las figuras 1 a 4 los siguientes parámetros geométricos principales son los que condicionan las propiedades finales y los que se van variando para ver la evolución de estos valores: In the unit cells C of metamaterial shown in figures 1 to 4, the following main geometric parameters are those that determine the final properties and those that are varied to see the evolution of these values:

Hcapas: es la altura entre capas del metamaterial. Este valor influye directamente en el número de capas que tendrá la muestra del material, ya que se calcula con este parámetro y con el tamaño deseado de la muestra en la dirección z de la siguiente manera:Hlayers: is the height between layers of the metamaterial. This value directly influences the number of layers that the material sample will have, since it is calculated with this parameter and with the desired size of the sample in the z direction as follows:

ss

c c = ----------------------= ---------------------- Hcapashlayers

- c es el número de capas del metamaterial.- c is the number of layers of the metamaterial.

- s es el tamaño de la muestra en la dirección z.- s is the size of the sample in the z direction.

Djoint: controla la posición de los nodos auxiliares que se encuentran en el eje central de la celda unidad. Su fórmula es la siguiente:Djoint: controls the position of auxiliary nodes that are on the central axis of the unit cell. Its formula is as follows:

Hcapashlayers

Djoint = v i * ----------- Djoint = vi * -----------

El valor de vi se encuentra arbitrariamente entre -0,8 y 0,8 y como se puede apreciar en la expresión de su fórmula, depende directamente del valor de Hcapas, en concreto de la mitad de este. Esto es así para que la posición de los nodos auxiliares no se salga de la propia celda. A pesar de esto, si v1=1 las posiciones coincidirían con los límites superior e inferior de la celda. Por esta razón limita a 0,8 para dejar un 20% de margen de seguridad.The value of vi is arbitrarily between -0.8 and 0.8 and, as can be seen in the expression of its formula, it depends directly on the value of Hlayers, specifically half of it. This is so that the position of the auxiliary nodes does not go outside the cell itself. Despite this, if v1=1 the positions would coincide with the upper and lower limits of the cell. For this reason it is limited to 0.8 to leave a 20% safety margin.

Heightstar: se encarga de controlar el “zigzag” vertical que presentan los vértices de la estrella. Depende directamente de Djoint como se puede ver en su expresión:Heightstar: is in charge of controlling the vertical “zigzag” that the vertices of the star present. It depends directly on Djoint as you can see from its expression:

Heightstar = v 2 * DjointHeightstar = v 2 * Djoint

Donde v2 toma valores desde 0 a 0,5.Where v2 takes values from 0 to 0.5.

Dstar: es el porcentaje del apotema del hexágono que define la entrada de la estrella. Dstar: is the percentage of the apothem of the hexagon that defines the input of the star.

En la tabla que sigue a continuación se muestran los posibles valores del módulo The table below shows the possible values of the module

Young y del modulo Poisson característicos de un metamaterial según la presente Young and Poisson's modulus characteristic of a metamaterial according to the present

invención, en función de los valores que adoptan las variables geométricas Djoint, invention, depending on the values that the Djoint geometric variables take,

Hcapas, Stepx, Stepy, Heightstar y Dstar que caracterizan su celda unidad.Hlayers, Stepx, Stepy, Heightstar and Dstar that characterize its unit cell.

Poisson Young Poisson-Young

Djoint Hcapas Stepx Stepy Heightstar EDjoint Hcapas Stepx Stepy Heightstar E

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

Figure imgf000011_0001
Xz yz (MPa) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
Figure imgf000011_0001
Xzyz(MPa)

1,20 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 1,70 1,53 232,95 0,60 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 1,19 1,26 292.32 1,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,88 0,88 121.94 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,81 0,73 716.23 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,81 0,73 716.23 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,81 0,73 716.23 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,81 0,73 716.23 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,81 0,73 716.23 0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,50 0,62 170.81 0,80 2.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,51 0,57 83,02 0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,26 0,35 120.94 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,49 0,30 447.53 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,49 0,30 447.53 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,49 0,30 447.53 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,49 0,30 447.53 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,49 0,30 447.53 0,80 2.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,44 0,25 111,69 0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,45 0,24 146,15 0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,29 0,16 102.09 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,08 0,13 152.41 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,08 0,13 152.41 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,08 0,13 152.41 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,08 0,13 152.41 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,08 0,13 152.41 0,80 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,28 0,12 133.09 -0,80 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,20 0,11 110,68 -0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,70 0,21 0,10 183.81 0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,28 0,10 143,79 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,03 0,08 101.33 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,03 0,08 101.33 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,03 0,08 101.33 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,03 0,08 101.33 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,03 0,08 101,33 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,11 0,07 157.22 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,11 0,07 157.22 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,11 0,07 157.22 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,11 0,07 157.22 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,50 0,11 0,07 157.22 -0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,70 0,09 0,07 120.07 0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,19 0,07 98,16 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,05 0,04 111.15 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,05 0,04 111.15 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,05 0,04 111.15 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,05 0,04 111.15 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,05 0,04 111.15 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,08 0,02 145.12 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,08 0,02 145.12 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,08 0,02 145.12 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,08 0,02 145.12 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,08 0,02 145.12 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,04 0,01 99.89 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,04 0,01 99.89 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,04 0,01 99.89 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,04 0,01 99.89 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 0,04 0,01 99.89 0,00 2.00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,03 0,01 82,26 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,03 0,01 82,26 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,03 0,01 82,26 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,03 0,01 82,26 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 0,03 0,01 82,26 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 66.44 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 66.44 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 66.44 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 66.44 0,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 66.44 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 78.78 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 78.78 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 78.78 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 78.78 0,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 0,02 0,01 78.78 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,03 0,00 103.08 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,03 0,00 103.08 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,03 0,00 103.08 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,03 0,00 103.08 0,00 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 0,03 0,00 103.08 -0,80 2,00 1,00 1,00 -0,08 0,70 0,08 - 0,01 118,61 -0,60 3.00 1,00 1,00 0,00 0,10 - 0,21 -0,04 193.76 -0,40 2.00 1,00 1,00 0,00 0,10 -0,15 -0,05 113.32 -0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 - 0,20 -0,06 158,71 -0,80 2,00 1,00 1,00 0,00 0,10 -0,23 -0,07 170.38 - 1,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,10 -0,27 -0,08 254.35 -0,40 2,00 1,00 1,00 - 0,10 0,70 -0,07 -0,09 141.17 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,13 0,70 0,03 - 0,11 224.10 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,04 0,10 -0,23 - 0,11 111.76 -0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 - 0,21 -0,13 130.93 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,05 0,10 -0,30 -0,13 154,04 -0,40 2,00 1,00 1,00 0,00 0,50 0,00 -0,14 162,56 -0,60 3.00 1,00 1,00 0,00 0,20 -0,35 -0,17 222,74 -0,50 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 -0,30 -0,18 179.79 -0,80 2.00 1,00 1,00 0,00 0,50 -0,03 -0,19 163.92 -0,80 2,00 1,00 1,00 0,00 0,20 -0,34 -0,19 174,96 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,16 0,70 -0,17 -0,19 161.39 -0,80 2,00 1,00 1,00 - 0,20 0,70 -0,08 - 0,20 138.90 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,04 0,20 -0,30 - 0,20 132,59 -0,60 3.00 1,00 1,00 -0,06 0,20 -0,38 - 0,20 223.92 -0,40 2.00 1,00 1,00 -0,10 0,10 -0,34 - 0,20 115,29 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,04 0,50 - 0,11 - 0,22 170.36 - 1,00 2.50 1,00 1,00 0,00 0,20 -0,43 -0,24 254,21 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,20 0,70 - 0,10 -0,24 264.33 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,13 0,10 -0,44 -0,25 154.18 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,05 0,20 -0,40 -0,27 180,41 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,20 0,70 -0,25 -0,27 176,46 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,16 0,10 -0,43 -0,28 122.37 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,10 0,20 -0,42 -0,30 139,26 -0,40 2,00 1,00 1,00 - 0,20 0,10 -0,49 -0,32 127.38 -0,40 2,00 1,00 1,00 - 0,10 0,50 -0,25 -0,33 187,23 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,25 0,70 -0,19 -0,33 292.77 -0,50 2.50 1,00 1,00 - 0,20 0,10 -0,56 -0,35 158.94 -0,80 2,00 1,00 1,00 -0,08 0,50 -0,26 -0,37 177,00 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,16 0,20 -0,52 -0,38 148,17 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,13 0,20 -0,54 -0,38 185,43 -0,80 2,00 1,00 1,00 -0,32 0,70 -0,24 -0,40 166,32 -0,40 2,00 1,00 1,00 - 0,20 0,20 -0,58 -0,42 154,14 -0,40 2,00 1,00 1,00 -0,16 0,50 -0,38 -0,45 208.80 -0,50 2.50 1,00 1,00 - 0,20 0,20 - 0,66 -0,47 192.11 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,13 0,50 -0,32 -0,51 277,85 -0,50 2.50 1,00 1,00 -0,25 0,20 -0,72 -0,52 196,13 - 1,00 2.50 1,00 1,00 - 0,10 0,50 -0,34 -0,52 256.91

Figure imgf000014_0001
1.20 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 1.70 1.53 232.95 0.60 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 1.19 1.26 292.32 1, 00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.88 0.88 121.94 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.81 0.73 716.23 0.00 3.00 1, 00 1.00 0.00 0.70 0.81 0.73 716.23 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.81 0.73 716.23 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.81 0.73 716.23 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.81 0.73 716.23 0.50 2.50 1.00 1.00 0.00 0 .50 0.50 0.62 170.81 0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.51 0.57 83.02 0.40 2.00 1.00 1.00 0.00 0 .50 0.26 0.35 120.94 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.49 0.30 447.53 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0, 49 0.30 447.53 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.49 0.30 447.53 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.49 0.30 447.53 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.49 0.30 447.53 0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.44 0.25 111.69 0 .50 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 0.45 0.24 146.15 0.40 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.29 0.16 102.09 0 .00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.70 0.08 0.13 152.41 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.70 0.08 0.13 152.41 0.00 2.50 1 .00 1.00 0.00 0.70 0.08 0.13 152.41 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.70 0.08 0.13 152.41 0.00 2.50 1.00 1.00 0 .00 0.70 0.08 0.13 152.41 0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.28 0.12 133.09 -0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.20 0.11 110.68 -0.50 2.50 1.00 1.00 0.00 0.70 0.21 0.10 183.81 0.50 2.50 1.00 1.00 0 .00 0.10 0.28 0.10 143.79 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.03 0.08 101.33 0.00 2.00 1.00 1, 00 0.00 0.70 0.03 0.08 101.33 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.03 0.08 101.33 0.00 2.00 1.00 1, 00 0.00 0.70 0.03 0.08 101.33 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.70 0.03 0.08 101.33 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.11 0.07 157.22 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.11 0.07 157.22 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.11 0.07 157.22 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.11 0.07 157.22 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.50 0.11 0.07 157.22 -0.40 2.00 1 .00 1.00 0.00 0.70 0.09 0.07 120.07 0.40 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.19 0.07 98.16 0.00 2, 00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.05 0.04 111.15 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.05 0.04 111.15 0.00 2, 00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.05 0.04 111.15 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.05 0.04 111.15 0.00 2, 00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.05 0.04 111.15 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.08 0.02 145.12 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.08 0.02 145.12 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.08 0.02 145.12 0.00 3.00 1.00 1.00 0 .00 0.20 0.08 0.02 145.12 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.08 0.02 145.12 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0, 20 0.04 0.01 99.89 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 0.04 0.01 99.89 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 0.04 0.01 99.89 0.00 2.50 1.00 1 .00 0.00 0.20 0.04 0.01 99.89 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 0.04 0.01 99.89 0.00 2.00 1.00 1.00 0, 00 0.20 0.03 0.01 82.26 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.03 0.01 82.26 0.00 2.00 1.00 1 .00 0.00 0.20 0.03 0.01 82.26 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.03 0.01 82.26 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 0.03 0.01 82.26 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 66.44 0.00 2 .00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 66.44 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 66.44 0.00 2 .00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 66.44 0.00 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 66.44 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 78.78 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 78.78 0.00 2.50 1.00 1 .00 0.00 0.10 0.02 0.01 78.78 0.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.10 0.02 0.01 78.78 0.00 2.50 1.00 1.00 0, 00 0.10 0.02 0.01 78.78 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.03 0.00 103.08 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.03 0.00 103.08 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.03 0.00 103.08 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.03 0 .00 103.08 0.00 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 0.03 0.00 103.08 -0.80 2.00 1.00 1.00 -0.08 0.70 0.08 - 0.01 118.61 -0.60 3.00 1.00 1.00 0.00 0.10 - 0, 21 -0.04 193.76 -0.40 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 -0.15 -0.05 113.32 -0.50 2.50 1.00 1.00 0.00 0.10 - 0.20 -0.06 158.71 -0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.10 -0.23 -0.07 170.38 - 1.00 2.50 1.00 1.00 0 .00 0.10 -0.27 -0.08 254.35 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.10 0.70 -0.07 -0.09 141.17 -0.50 2.50 1, 00 1.00 -0.13 0.70 0.03 - 0.11 224.10 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.04 0.10 -0.23 - 0.11 111.76 -0 .40 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 - 0.21 -0.13 130.93 -0.50 2.50 1.00 1.00 -0.05 0.10 -0.30 -0 .13 154.04 -0.40 2.00 1.00 1.00 0.00 0.50 0.00 -0.14 162.56 -0.60 3.00 1.00 1.00 0.00 0, 20 -0.35 -0.17 222.74 -0.50 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 -0.30 -0.18 179.79 -0.80 2.00 1.00 1.00 0 .00 0.50 -0.03 -0.19 163.92 -0.80 2.00 1.00 1.00 0.00 0.20 -0.34 -0.19 174.96 -0.40 2, 00 1.00 1.00 -0.16 0.70 -0.17 -0.19 161.39 -0.80 2.00 1.00 1.00 - 0.20 0.70 -0.08 - 0, 20 138.90 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.04 0.20 -0.30 - 0.20 132.59 -0.60 3.00 1.00 1.00 -0.06 0, 200 .38 - 0.20 223.92 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.10 0.10 -0.34 - 0.20 115.29 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.04 0.50 - 0.11 - 0.22 170.36 - 1.00 2.50 1.00 1.00 0.00 0.20 -0.43 -0.24 254.21 -0.50 2.50 1, 00 1.00 -0.20 0.70 - 0.10 -0.24 264.33 -0.50 2.50 1.00 1.00 -0.13 0.10 -0.44 -0.25 154.18 -0, 50 2.50 1.00 1.00 -0.05 0.20 -0.40 -0.27 180.41 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.20 0.70 -0.25 -0.27 176.46 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.16 0.10 -0.43 -0.28 122.37 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.10 0.20 -0.42 -0.30 139.26 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.20 0.10 -0.49 -0.32 127.38 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.10 0.50 -0.25 -0.33 187.23 -0.50 2.50 1.00 1.00 -0.25 0.70 -0.19 - 0.33 292.77 -0.50 2.50 1.00 1.00 - 0.20 0.10 -0.56 -0.35 158.94 -0.80 2.00 1.00 1.00 -0.08 0, 50 -0.26 -0.37 177.00 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0.16 0.20 -0.52 -0.38 148.17 -0.50 2.50 1, 00 1.00 -0.13 0.20 -0.54 -0.38 185.43 -0.80 2.00 1.00 1.00 -0.32 0.70 -0.24 -0.40 166.32 -0.40 2.00 1.00 1.00 - 0.20 0.20 -0.58 -0.42 154.14 -0.40 2.00 1.00 1.00 -0, 16 0.50 -0.38 -0.45 208.80 -0.50 2.50 1.00 1.00 - 0.20 0.20 - 0.66 -0.47 192.11 -0.50 2.50 1.00 1.00 -0.13 0.50 -0.32 -0.51 277 .85 -0.50 2.50 1.00 1.00 -0.25 0.20 -0.72 -0.52 196.13 - 1.00 2.50 1.00 1.00 - 0.10 0.50 - 0.34 -0.52 256.91
Figure imgf000014_0001

Las posiciones de los distintos nodos de una celda unidad C según cualquiera de las figuras 1 a 4, dadas en forma de coordenadas, pueden obtenerse a partir de las coordenadas del centro de la celda (xc, yc, zc) según se describe a continuación:The positions of the different nodes of a unit cell C according to any of figures 1 to 4, given in the form of coordinates, can be obtained from the coordinates of the center of the cell (xc, yc, zc) as described below :

• Grupo de nodos M:• Group of nodes M:

o M1: or M1:

Xmi - XcXmi-Xc

yMi - ycyMi - yc

Zmi - Zc DjointZ e - Zc Djoint

o M2: or M2:

XM2 - xcXM2-xc

yM2 - ycyM2 - yc

Zm Z m 2 two - Zc - Djoint •- Zc - Djoint •

• Grupo de nodos S:• Group of nodes S:

o S1: or S1:

■ xS1 - xc stepx■ xS1 - xc stepx

■ ys1 - yc■ ys1 - yc

■ zS1 - zc Heightstar■ zS1 - zc Heightstar

o S2: or S2:

■ xS2 - xc stepx / 2■ xS2 - xc step x / 2

■ yS■ yS 2 two - yc- stepy-yc- stepy

■ zS2 - zc - Heightstar■ zS2 - zc - Heightstar

o S3: or S3:

■ Xs3 - Xc - stepx / 2■ X s 3 - Xc - stepx / 2

■ yS■ yS 3 3 - yc - stepy -yc-stepy

zS3 = zc HeightstarzS3 = zc Heightstar

o S4: or S4:

xx S4 S4 = Xc - stepx= Xc - stepx

ys4 = ycys4 = yc

zS4 = zc - HeightstarzS4 = zc - Heightstar

o S5: or S5:

XSXS 5 5 = Xc - stepx / 2=Xc-stepx/2

yS5 = yc stepyyS5 = yc stepy

zS5 = zc HeightstarzS5 = zc Heightstar

o S6: or S6:

xS6 = Xc stepx / 2xS6 = Xc step x / 2

yS6 = yc stepyyS6 = yc stepy

zS6 = zc - HeightstarzS6 = zc - Heightstar

Grupo de nodos B:Node group B:

o B1: or B1:

xB1 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs6+ xs5) / 2 yBi = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (yS6+ yS5) / 2 zB1 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs6+ zs5) / 2 o B2: xB1 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs6+ xs5) / 2 yBi = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (yS6+ yS5) / 2 zB1 = (2 - Dstar ) * zc -(1- Dstar) * (zs6+ zs5) / 2 or B2:

xB2 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs6+ xs 1 ) / 2 y B2 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys6+ ys 1 ) / 2 zB2 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs6+ zs 1 ) / 2 o B3: xB2 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs6+ xs 1 ) / 2 y B2 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys6+ ys 1 ) / 2 zB2 = ( 2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs6+ zs 1 ) / 2 or B3:

xB3 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs 2 + xs 1 ) / 2 yB 3 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys 2 + ys 1 ) / 2 zB3 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs 2 + zs 1 ) / 2 o B4: xB3 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs 2 + xs 1 ) / 2 yB 3 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys 2 + ys 1 ) / 2 zB3 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs 2 + zs 1 ) / 2 or B4:

xB4 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs 2 + xs3) / 2 y B4 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys 2 + ys3) / 2 zB4 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs 2 + zs3) / 2 o B5: xB4 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs 2 + xs3) / 2 y B4 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys 2 + ys3) / 2 zB4 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zs 2 + zs3) / 2 or B5:

xB5 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs4+ xs3) / 2 yBxB5 = (2 - Dstar) * xc -(1- Dstar) * (xs4+ xs3) / 2 yB 5 5 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys4+ ys3) / 2 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys4+ ys3) / 2 ■ z■z B5 B5 = (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zS4+ zS= (2 - Dstar) * zc -(1- Dstar) * (zS4+ zS 33 ) / 2) / two

o B6: or B6:

■ Xb6 = (2 - Dstar) * Xc -(1- Dstar) * (xs■ Xb6 = (2 - Dstar) * Xc -(1- Dstar) * (xs 4 4 + Xs+ X's 55 ) / 2) / two

■ Yb6 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys■ Yb6 = (2 - Dstar) * yc -(1- Dstar) * (ys 4 4 + ys+ ys 55 ) / 2) / two

■ Zb6 = (2 - Dstar) * Zc -(1- Dstar) * (zs4+ Zs5) / 2■ Z b 6 = (2 - Dstar) * Zc -(1- Dstar) * (zs4+ Zs5) / 2

Una vez se tienen las coordenadas de los nodos, se puede proceder a la unión de estos mediante los distintos tipos de vigas:Once you have the coordinates of the nodes, you can proceed to join them using the different types of beams:

■ Tipo 0. Unen los nodos de los grupos B y S (los nodos interiores de la estrella con los vértices de esta), alternando nodos de los dos grupos, de la siguiente forma: S1-B2, B2-S6, S6-B1, B1-S5, S5-B6, B6-S4, S4-B5, B5-S3, S3-B4, B4-S2, S2-B3 y B3-S1.■ Type 0. They join the nodes of groups B and S (the interior nodes of the star with its vertices), alternating nodes of the two groups, as follows: S1-B2, B2-S6, S6-B1 , B1-S5, S5-B6, B6-S4, S4-B5, B5-S3, S3-B4, B4-S2, S2-B3 and B3-S1.

■ Tipo 1. En este caso se hace una separación en la clasificación de las vigas de este tipo:■ Type 1. In this case, a separation is made in the classification of beams of this type:

o Superiores. Enlazan la celda con la celda superior uniendo el nodo M1 de la celda con ciertos nodos del grupo S de la celda superior de la forma: M1-S2, M1-S4, M1-S6. or superiors. They link the cell with the cell above by joining the node M1 of the cell with certain nodes of the group S of the cell above in the form: M1-S2, M1-S4, M1-S6.

o Inferiores. Enlazan la celda con la celda inferior uniendo el nodo M2 de la celda con ciertos nodos del grupo S de la celda inferior de la forma: M1-S1, M1-S3, M1-S5. or lower. They link the cell with the lower cell by joining the node M2 of the cell with certain nodes of the group S of the lower cell in the form: M1-S1, M1-S3, M1-S5.

oeither

■ Tipo 2. Unen los nodos del grupo M con los del grupo B, de la siguiente forma: M1-B1, M1-B2, M1-B3, M1-B4, M1-B5, M1-B6, M2-B1, M2-B2, M2-B3, M2-B4, M2-B5, M2-B6.■ Type 2. They join the nodes of group M with those of group B, as follows: M1-B1, M1-B2, M1-B3, M1-B4, M1-B5, M1-B6, M2-B1, M2 -B2, M2-B3, M2-B4, M2-B5, M2-B6.

En la Figura 3 se acotan dos distancias importantes de la celda unidad C, que dependen de dos de los parámetros geométricos: la primera distancia predefinida Djoint, y la segunda predefinida Heightstar. In Figure 3 two important distances of the unit cell C are bounded, which depend on two of the geometric parameters: the first predefined distance Djoint, and the second predefined Heightstar.

Asimismo, en la Figura 4. se acota la distancia 3, la cual es igual al apotema del hexágono multiplicado por (1-Dstar). Likewise, in Figure 4. the distance 3 is bounded, which is equal to the apothem of the hexagon multiplied by ( 1-Dstar).

En la Figura 5 se muestra esquemáticamente una muestra de metamaterial M según el segundo aspecto de la invención, formado a partir de la agrupación de celdas Figure 5 schematically shows a sample of metamaterial M according to the second aspect of the invention, formed from the grouping of cells unidad C según el primer aspecto de la invención. Como puede apreciarse en dicha figura, cada nodo del grupo S, es compartido por tres celdas unidad C diferentes.unit C according to the first aspect of the invention. As can be seen in said figure, each node of the group S is shared by three different unit cells C.

Por último, en la Figura 6 se muestras una muestra en 3D metamaterial resultante. El metamaterial según la presente invención se fabrica preferiblemente mediante impresión 3D. En vista de ello, a continuación se describe un posible proceso de diseño digital del mismo, que incluye desde la conceptualización hasta la generación de un fichero stl, legible por la mayoría de impresoras 3D.Finally, Figure 6 shows a resulting 3D metamaterial sample. The metamaterial according to the present invention is preferably manufactured by 3D printing. In view of this, a possible digital design process for it is described below, which includes everything from conceptualization to the generation of an stl file, readable by most 3D printers.

De acuerdo con dicho proceso, para fabricar el metamaterial primero se crea una malla de nodos y elementos en un archivo que es visualizado posteriormente en algún software por ejemplo Patran, Catia, o Paraview. Este archivo contiene las coordenadas de cada nodo y la conectividad de los elementos para poder representar la estructura.According to this process, to manufacture the metamaterial, a mesh of nodes and elements is first created in a file that is later displayed in some software, for example Patran, Catia, or Paraview. This file contains the coordinates of each node and the connectivity of the elements in order to represent the structure.

Las coordenadas de los nodos se generan mediante un código, el cual puede programarse en prácticamente cualquier lenguaje de programación e implementa las ecuaciones expresadas en este documento.The coordinates of the nodes are generated by means of a code, which can be programmed in practically any programming language and implements the equations expressed in this document.

Una posible realización preferente sería emplear Python para crear las coordenadas de los nodos al igual que la conectividad. Tras tener todos los datos listos, el código crea un archivo de tipo vtk. VTK es un kit de herramientas de visualización de software libre. Este tipo de archivo es muy utilizado por aplicaciones de visualización como Paraview, que es la herramienta elegida en este caso para ver la estructura en 3D.A possible preferred implementation would be to use Python to create the coordinates of the nodes as well as the connectivity. After having all the data ready, the code creates a file of type vtk. VTK is a free software visualization toolkit. This type of file is widely used by viewing applications such as Paraview, which is the tool of choice in this case to view the structure in 3D.

Una vez se tiene la muestra de metamaterial en Paraview, se puede crear un archivo stl de la estructura. Este tipo de archivo contiene un modelo 3D sin color ni textura que puede ser enviado a una impresora 3D o máquina de fabricación aditiva para su fabricación.Once you have the metamaterial sample in Paraview, you can create an stl file of the structure. This type of file contains a 3D model without color or texture that can be sent to a 3D printer or additive manufacturing machine for manufacturing.

Un aspecto clave que puede explotarse con este tipo de diseño es la creación de una biblioteca de combinaciones de parámetros geométricos para crear un gran número de estructuras y ensayarlas mecánicamente para obtener sus propiedades finales. De esta forma se obtendría una tabla que relaciona cada combinación de parámetros A key aspect that can be exploited with this type of design is the creation of a library of combinations of geometric parameters to create a large number of structures and mechanically test them to obtain their final properties. In this way, a table would be obtained that relates each combination of parameters geométricos con sus propiedades mecánicas, y mediante algún tipo de ingeniería inversa se podría crear una función que tuviera como variables de entrada las propiedades finales deseadas y diera como resultado los parámetros geométricos necesarios para obtenerlas.geometric parameters with their mechanical properties, and by means of some kind of reverse engineering, a function could be created that would have as input variables the desired final properties and would give as a result the geometric parameters necessary to obtain them.

Las diferentes aplicaciones del metamaterial definido en este documento vienen de la necesidad de crear cualquier elemento industrial que necesite un gradiente de propiedades mecánicas y deba de realizarlo con el mismo material y proceso de fabricación. Por ello esta invención está muy enfocada a la impresión 3D y la optimización topológica.The different applications of the metamaterial defined in this document come from the need to create any industrial element that needs a gradient of mechanical properties and must be done with the same material and manufacturing process. For this reason, this invention is very focused on 3D printing and topological optimization.

La presente invención no está limitada, en modo alguno, a las realizaciones aquí divulgadas. De hecho, en vista de la presente descripción, para la persona experta en la técnica serán evidentes otras posibles realizaciones diferentes de esta invención, cuyo alcance de protección viene definido exclusivamente por el juego de reivindicaciones que sigue a continuación. The present invention is in no way limited to the embodiments disclosed herein. In fact, in view of the present description, other possible embodiments of this invention will be evident to the person skilled in the art, whose scope of protection is defined exclusively by the set of claims that follows below.

Claims (1)

REIVINDICACIONES Celda unidad (C) de metamaterial con forma de prisma hexagonal recto, provista en su interior de vigas oblicuas, caracterizada por que dichas vigas están unidas entre sí formando:Unit cell (C) of metamaterial in the shape of a right hexagonal prism, provided inside with oblique beams, characterized in that said beams are joined together forming: - un primer grupo de nodos (B1, B2, B3, B4, B5, B6) dispuesto sobre un plano horizontal central (P), estando cada uno de dichos nodos (B1, B2, B3, B4, B5, B6) ubicado de forma que define un vértice interior de una estrella,- a first group of nodes (B1, B2, B3, B4, B5, B6) arranged on a central horizontal plane (P), each of said nodes (B1, B2, B3, B4, B5, B6) being located shape that defines an inner vertex of a star, - un segundo grupo de nodos (S1, S2, S3, S4, S5, S6), estando cada uno de dichos nodos (S1, S2, S3, S4, S5, S6), dispuesto de forma que define un vértice exterior de la estrella, estando además cada uno de dichos nodos ubicado verticalmente, de forma alterna, por encima y por debajo del plano horizontal central (P); y- a second group of nodes (S1, S2, S3, S4, S5, S6), each of said nodes (S1, S2, S3, S4, S5, S6), being arranged so as to define an outer vertex of the star, each of said nodes being also located vertically, alternately, above and below the central horizontal plane (P); Y - un tercer grupo de nodos (M1, M2) auxiliares dispuestos verticalmente por encima y por debajo del plano horizontal central (P).- a third group of auxiliary nodes (M1, M2) arranged vertically above and below the central horizontal plane (P). Celda unidad (C) de metamaterial según la reivindicación 1, caracterizada por que comprende dos nodos auxiliares (M1, M2), estando el primero de dichos nodos auxiliares (M1) dispuesto verticalmente a una primera distancia predeterminada (Djoint) por debajo del plano horizontal central (P) y estando el segundo de dichos nodos auxiliares (M2) dispuesto verticalmente a dicha primera distancia predeterminada (Djoint) por encima del plano horizontal central (P).Unit cell (C) of metamaterial according to claim 1, characterized in that it comprises two auxiliary nodes (M1, M2), the first of said auxiliary nodes (M1) being arranged vertically at a first predetermined distance (Djoint) below the horizontal plane (P) and the second of said auxiliary nodes (M2) being arranged vertically at said first predetermined distance (Djoint) above the central horizontal plane (P). Celda unidad (C) de metamaterial según la reivindicación 2, caracterizada por que la primera distancia predeterminada (Djoint) viene determinada por:Unit cell (C) of metamaterial according to claim 2, characterized in that the first predetermined distance (Djoint) is determined by: Hcapashlayers Djoint = v i Djoint = v i * --------- -----------* --------- ----------- donde:where: v1 es un parámetro comprendido entre 0,8 y 0,8; yv1 is a parameter between 0.8 and 0.8; Y Hcapas es la altura entre capas del metamaterial. Hlayers is the height between layers of the metamaterial. 4.
Figure imgf000020_0001
Celda unidad (C) de metamaterial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el segundo grupo de nodos comprende seis nodos diferentes (S1, S2, S3, S4, S5, S6), estando cada uno de dichos nodos (S1, S2, S3, S4, S5, S6) ubicado verticalmente de forma alterna, por encima y por debajo a una segunda distancia predeterminada (Heightstar) del plano horizontal central (P).
Four.
Figure imgf000020_0001
Unit cell (C) of metamaterial according to any of the preceding claims, characterized in that the second group of nodes comprises six different nodes (S1, S2, S3, S4, S5, S6), each of said nodes (S1, S2 , S3, S4, S5, S6) alternately located vertically above and below a second predetermined distance (Heightstar) from the central horizontal plane (P).
5. Celda unidad (C) de metamaterial según la reivindicación 4, caracterizada por que la segunda distancia predeterminada (Heightstar) viene determinada por:5. Metamaterial unit cell (C) according to claim 4, characterized in that the second predetermined distance (Heightstar) is determined by: Heightstar = v 2 * DjointHeightstar = v 2 * Djoint donde v2 es un parámetro comprendido entre 0 y 0,5.where v2 is a parameter between 0 and 0.5. 6. Metamaterial (M) formado a partir de la agrupación iterativa de celdas unidad (C) de metamaterial, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 6. Metamaterial (M) formed from the iterative grouping of unit cells (C) of metamaterial, according to any of claims 1 to 5.
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