در اين طرح، هدف اصلي شامل بهينه­‌سازي توپولوژي تاير خودرو از فرامواد دوگانه با تابع هدف استحکام فشاري و عمر خستگي خمشي است. براي اين منظور، ابتدا الگوهاي مختلف سازه براي فرامواد مطالعه شده و چندين مورد از اين سازه­‌ها، انتخاب‌شده و در کنار بهينه­سازي شکل و توپولوژي، مورد تحليل واقع خواهد شد. اين فرايند با استفاده از شبيه­‌سازي اجزاي محدود در نرم‌افزارهای مربوطه همچون اباکوس، با توابع هدف استحکام فشاري و عمر خستگي خمشي، پيگيري مي‌شود. سپس نمونه­هاي استاندارد آزمون با سازه فرامواد چندگانه همچون ترکيب ABS و TPU، توسط دستگاه پرينت سه‌بعدی FDM ساخته مي­‌شوند.

خواص الاستیک و ضریب پواسون برای الگوهای فراموادی ازجمله الگوی لانه‌زنبوری، کایرال و غیره بررسی می­شود. پس از انتخاب چند نمونه، با استفاده از شبیه­‌سازی اجزای محدود، ازنقطه‌نظر استحکام مطالعه و مقایسه می‌­شوند. در ادامه و بعد از انتخاب بهترین الگو یا سلول ازلحاظ خواص الاستیک و ضریب پواسون، به کمک پرینتر سه­بعدی نمونه­‌های استاندارد برای آزمون خستگی خمشی و استحکام فشاری آماده می­شود. بدین‌صورت تأثیر ضریب پواسون در عمر خستگی خمشی و استحکام فشاری بررسی می­شود. سپس این روند برای حالت­های دیگر ازجمله استفاده از چند ماده و چند الگو در کنار هم نیز تکرار می­­شود.

از طرف دیگر توپولوژی برای یک نوع تایر با تابع هدف افزایش عمر خستگی و استحکام فشاری، به کمک نرم­افزار اباکوس صورت می­گیرد. بار دیگر به کمک سلول به دست آمده از توپولوژی نمونه استاندارد تولید و خواص خستگی و فشاری آن بررسی می­شود. مقایسه نتایج حاصل از توپولوژی و نتایج حاصل از الگوهای فراموادی و همچنین مقایسه شبیه­‌سازی اجزای محدود آن‌ها در نرم‌افزار اباکوس، منجر به انتخاب یک نوع سلول با خواص بالاتر می­شود. پس از انتخاب سلول تایر اسکیل شده طراحی و به کمک پرینتر سه­بعدی تولید می­شود. آزمون­های خستگی خمشی و استحکام فشاری در تایر تولیدشده نیز قابل‌بررسی است. برای کارهای آینده نیز می­توان به این سلول حرارت داده شود و خواص مکانیکی مجدداً بررسی شود.

مواد مصرفی در طرح ارائه‌شده شامل پلیمرهایی از جنس ABS و TPU، به‌منظور پرینت نمونه­های استاندارد و تایر اسکیل شده است. این مواد به‌صورت فیلامنت­ در بازار وجود دارد و به‌راحتی قابل تأمین است. آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) نوعی پلیمر گرمانرم است که از پلیمریزاسیون استایرن و اکریلونیتریل در حضور پلی بوتادین به دست می‌آید و دارای ساختاری آمورف می‌باشد. ABS به دلیل قیمت مناسب و همچنین خواص متعادل مکانیکی، حرارتی و شیمیایی در زمره پرمصرف‌ترین مواد اولیه پلاستیکی محسوب می‌شود. ABS دارای استحکام ابعادی و مقاومت حرارتی خوب و نیز مقاومت به ضربه بالا می‌باشد. این پلیمر بسیار مقاوم به خراشیدگی است. این ماده عمدتاً در لوله‌های حمل مواد نفتی، لوله‌ها، وسایل خانه، اثاثیه، مبلمان، ترکیبات وسایل خودرو، تلفن و تجهیزات الکتریکی مورداستفاده قرار می‌گیرد. دمای ذوب این فیلامنت‌ها بین 200 تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد است.

فیلامنت ترموپلاستیک پلی ارتان (TPU) یک فرم بسیار متداول از پلیمر­های کششی یا الاستومرها است که قابلیت استفاده در هر پرینتر سه­بعدی FDM را دارد. در بین فیلامنت‌­های قابل انعطاف، TPU از بقیه کمی محکم‌تر است و این باعث می­‌شود که برای اکسترود و چاپ مناسب­تر باشد. TPU یک ماده با قدرتی متوسط است که انعطاف­پذیری و دوام بالایی دارد و می­تواند نیروهای فشاری و کششی بیشتری را از مواد معمول­تری مانند ABS تحمل کند. ازجمله خواص TPUها می­توان به­ حالت ارتجاعی بالا، خواص فشردگی خوب، مقاومت بالا در مقابل ضربه و سایش اشاره کرد. پس از پرینت، قطعات تحت آزمون خستگي خمشي دوراني قرار مي­گيرند تا صحه­گذاري نتايج عددي مشخص گردد. با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) نيز، مکانيزم­هاي خرابي و رفتار شکست ماده و سازه، تحليل خواهد شد. در انتها، يک نمونه تاير در ابعاد کوچک (به‌صورت اسکيل شده و پايلوت)، توسط پرينتر سه­‌بعدي ساخته شده و تحت آزمون فشار قرار مي­‌گيرد.

• خودروهای سواری، باری و مسافربری
• خودروهایی با کاربردهای نظامی و هوافضا
• سایر تجهیزات شامل ماشین‌های چمن‌زنی، موتورسیکلت‌ها، دوچرخه‌ها و ویلچرها