灵活机械元材料的3D打印:过程和几何参数的协同设计
Nan Li1,2, Chenhao Xue1, Shenggui Chen1,3
1School of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Xinjiang, Urumqi 830047, China.
Polymers
|January 17, 2024
概括
本研究介绍了三周期最小表面 (TPMS) 格子结构的新型设计方法,以克服3D打印中的异构性. 通过优化体积分数梯度,这些结构显示出改进的机械性能和功能性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
背景情况:
- 与传统格子相比,三周期最小表面 (TPMS) 结构提供了优越的机械性能.
- 增材制造,特别是选择性激光烧结 (SLS),是TPMS结构的一个有前途的制造方法.
- 在SLS的一个关键挑战是由于层次制造而导致3D打印部件的异构性.
研究的目的:
- 开发一个过程数据驱动的设计方法,以减轻3D打印TPMS格子结构中的弹性异构性.
- 研究体积分梯度对TPMS结构的机械和功能性质的影响.
- 探索梯度设计TPMS在增强能量吸收和散热方面的潜力.
主要方法:
- 使用过程数据驱动的优化设计方法,通过体积分梯度调整TPMS几何.
- 通过选择性激光烧结 (SLS) 使用TPU材料制造TPMS结构.
- 在制造的结构上进行了实验验证和分析.
主要成果:
- 拟议的梯度设计方法有效地克服了3D打印TPMS结构中固有的弹性异构性.
- 具有优化体积分梯度的TPMS结构在能量吸收和散热方面表现出更好的性能.
- 该研究验证了使用SLS用于制造梯度设计TPMS结构的可行性.
结论:
- 体积分梯度设计是一种可行的策略,可以通过增材制造来生产异型和高性能TPMS晶格结构.
- 梯度设计的TPMS结构为需要定制的机械和热性能的应用提供了显著的优势.
- 这种方法为先进的功能材料铺平了道路,提高了可靠性和性能.
