循环疲劳 穿孔的3D打印聚酸 (PLA) 样本通过插入针式加载而失败

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 增材制造 增材制造 增材制造

背景情况:

• 3D打印,特别是化沉积建模 (FDM),越来越多地用于功能部件.
• 聚酸 (PLA) 是一种常见的FDM材料,但其机械性能,特别是在复杂的负载条件下,需要进行彻底的研究.
• 穿孔元件在许多工程应用中至关重要,它们在增材制造材料中的故障机制尚未完全理解.

研究的目的:

• 分析具有圆形孔的3D打印聚烯 (PLA) 标本的拉伸和循环负荷故障行为.
• 研究不同打印角度对PLA故障模式和机械性能的影响.
• 开发和验证故障压力和疲劳寿命的预测模型.

主要方法:

• 在拉力和循环负荷下对3D打印的PLA标本进行实验测试,其中有圆形孔.
• 印刷角度 (0°~90°,[0°/90°]s,[0°/±45°/90°]s) 和孔位置的系统变化.
• 应用基于应力和应力梯度条件的故障标准进行预测.
• 为估计故障应力和S-N曲线而开发数学插值方程.

主要成果:

• 观察到两种不同的故障模式:通过打印线和打印线之间.
• 拉伸失效应力对打印角度敏感.
• 循环加载的规范化S-N数据显示,通过打印线路故障的趋势类似,但在打印线路故障之间是分开的.
• 预测性故障标准准确估计了拉伸性故障应力,位置和方向.
• 插值方程有效估计了拉伸性故障应力和S-N曲线.

结论:

• 打印角度是影响3D打印PLA在引脚加载下机械故障的关键参数.
• 故障模式显著影响疲劳行为,需要对每一个不同的分析.
• 应力和应力梯度失效标准的结合提供了可靠的拉伸失效预测.
• 数学建模提供了一种可行的方法,用于估计不同打印角度的机械性能.