在拓学的几何复杂性控制 3D打印纤维复合材料的优化,以提高性能
Tao Wu1, Peiqing Liu1, Jikai Liu1
1Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture (Ministry of Education), School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|May 11, 2024
概括
优化3D打印纤维复合材料包括平衡几何复杂性和打印方向. 简化的3D设计与定向材料去除提高承载能力比复杂的2.5D或3D结构.
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:
- 3D打印可以实现复杂的几何形状,但性能取决于设计和工艺.
- 拓优化是结构部件高效材料使用的关键.
- 了解几何复杂性和打印参数之间的相互作用对于纤维复合材料至关重要.
研究的目的:
- 研究部分几何复杂性和3D打印设置如何影响纤维复合材料的承载能力.
- 为了比较2.5D,3D和方向简化的3D拓优化的零件的性能.
- 确定3D打印纤维复合结构的最佳设计策略.
主要方法:
- 使用2.5D和3D拓优化 (SIMP方法) 开发了三个层次的几何复杂性.
- 集成的定向材料去除通过一个advection-diffusion过器来管理空隙和下切.
- 进行3D打印和机械性能测试,分析打印方向的影响.
主要成果:
- 打印方向显著影响结构性能.
- 承载能力从2.5D增加到3D优化样本,复杂度增加.
- 简化3D样本与定向材料去除表现出最高的承载能力.
结论:
- 有限制的结构复杂性适用于3D打印纤维复合材料的拓优化.
- 更大的横截面为光纤路径布局提供了更大的设计自由.
- 在简化的设计中,增强层间粘合有助于提高机械性能.
