Kaiyun - 中国权威官方网站

『新闻大全』

3D打印Ti6Al4V晶格结构提高性能设计策略的新进展

2024-10-07  

  金属空心支柱晶格通过调节支柱和节点截面来获得更高的强度。最近的研究已经表明,这些超材料已经超越了在密度和拓扑结构方面相似的传统实体支柱晶格的结构效率,但经常观察到局部的屈服和破碎,且其主要发生在限制其结构效率的节点位置。

  为了量化这种局部失效的影响并制定缓解策略,马前教授团队将实心和空心支柱及节点部分集成在单一的Ti-6Al-4V简单立方体晶格中,设计为混合支柱,适用于15%至30%的可展开相对密度范围。通过激光粉末床熔融技术制造的这些混合支柱晶格比同等密度的固体支柱晶格具有更高的强度(32%)、更高的刚度(15%)和更高的韧性(65%)。而且,随着密度的增加,具有空心梁的超材料可以从弯曲主导的变形响应转变为拉伸主导的变形响应,而具有实心梁的晶格只观察到均匀的拉伸主导变形响应。混合支柱晶格中实心和空心支柱以及节点部分的组合建立了一种简单而有效的策略,可以在不增加密度或改变单元拓扑的情况下提高结构效率和控制失效响应。

  研究人员研究选择了简单立方单元作为研究对象,之所以选择该单元,kaiyun中国平台是因为其垂直支柱(与荷载对齐)与梁支柱(垂直于荷载对齐的水平X/Y支柱)的比率很高。此外,之前的研究表明,简单立方空心支柱晶格受局部节点变形的影响较为显著。为了评估空心节点和支柱部分相对于实心节点和支柱的效率,设计了四种特殊结构:

  单元晶胞的设计尺寸为4×4×4mm,晶胞组成数量为6×6×6。晶格结构的设计相对密度为15%和30%两种,可通过改变圆形支柱横截面的外径来实现。对于15%的相对密度,实心和空心支柱的外径分别为0.99-1.26mm。对于30%的相对密度,实心支柱和空心支柱的外径分别为1.49-1.73mm。空心支柱的内径保持一致,为0.7mm,壁厚范围从0.28-0.52mm。晶格的尺寸边长范围为24.99-25.73mm。

  通过观察发现,立方晶格的外部轮廓均完好无损,表明它们均得到了成功制造,而且各种晶格拓扑之间的几何一致性和结构稳定性都很高。研究人员还对不同相对密度晶格结构的制造精度进行了测量,发现15%相对密度的样品几何精度为98.6–99.4%;30%相对密度的样品精度达到了99.5–99.9%。研究人员还通过CT检查了所打印的晶格结构,不仅确认了格子结构的完整性,同时发现粉末被有效去除。

  实验发现,具有空心垂直支柱和实心水平梁的混合支柱(HC_SB)晶格具有高效性,实心梁确保了几何连续性,从而实现均匀的应力分布。在15%-30%的相对密度范围内,此类样本的极限抗压强度、屈服强度、弹性模量和韧性范围分别为103-221MPa,90–182MPa,3.0–4.4GPa,3.3–11.3 J/mm³。与等效密度的传统SC_SB晶格相比,各项性能分别提高了32%、24%、15%和65%。

  HC_SB混合支柱拓扑的成功突显了在结构效率方面,空心承重柱是最优的。这与节点的数值模拟和分析形状系数比较是一致的。即使承重支柱存在几何不连续性,标准全空心支柱晶格仍然比具有等效几何和重量参数的标准全实心晶格强度更好。这些实验结果表明,高效的空心支柱截面大大弥补了空心节点截面中低效的应力分布。此外,实验结果与节点的有限元分析一致,观察到在空心支柱的内节点即使有严重的应力集中,但也有较高的抗屈服性。

  通过本研究可以得出结论,晶格结构的横截面几何形状对于结构效率具有重要影响。金属亚毫米级晶格在整个结构中可不采用单一设计,而是可以根据加载条件进行针对性设计,同时保障使用性能并最大程度减少结构重量。

  总的来说,研究人员在相同的几何、重量、可制造性和机械测试条件下,比较了多种支柱类型组合的晶格结构性能。为了特别评估实心和空心横截面对支柱和节点的影响,这两种横截面被集成到混合支柱晶格中。最终发现,具有空心垂直支柱和实心水平梁的混合支柱晶格结构,具有最高的结构效率。

  主编微信:2396747576(请注明身份); 硕博千人交流Q群:248112776;网址:

上一篇:新银河全部网站
上一篇:3D打印会让3D设计变得更火

猜你喜欢

  • 5G时代的游戏革命:全新3D建模软件重塑智能设备市场

    5G时代的游戏革命:全新3D建模软件重塑智能设备市场

      在当今高速发展的科技领域,智能设备的功能和性能不断提升,尤其是在创意和设计产业中,3D建模软件的崛起正在重新定义用户的体验。近期,一款全新的3D建模软件震撼登场,主打用户友好的界面与强大的功能,其涉及的技术标志着游戏和动画制作的一个新纪元。随着5G技术的普及,这款软件不仅提高了建模的效率,还为用户带来了更流畅的设计...
  • 6大主题展区+N个主题论坛——2025上海3D打印展览会邀您

    6大主题展区+N个主题论坛——2025上海3D打印展览会邀您

      目前3D打印技术已广泛应用于医疗、工业机械、服务&消费品、模具工业、航空航天等领域,作为“中国制造2025”的发展重点,增材制造行业正迎来历史性的战略发展机遇。为深入贯彻落实《“十四五”智能制造发展规划》,攻克增材制造产业关键核心技术,强化“产学研用”深度融合,深化产业链上中下游适配性对接,推动增材制造产业发展,提...
  • 5分3d计划 - 5分3d计划官方老版本V

    5分3d计划 - 5分3d计划官方老版本V

      但随着税收征管能力不断强化,税收征收率不断提高,企业实际税负正在逐步接近名义税负,在当前经济形势下,企业痛感会更明显,一些企业如果不能承担可能会选择停业,这不仅影响就业,更会对宏观经济运行带来负面影响。  kaiyun官网中国 开云  春秋旅游副总经理周卫红表示,随着更多客源地的境外游客得以通过更便捷的方式来到中国...
  • 热门的三d游戏有哪些 好玩的3D游戏大全2023

    热门的三d游戏有哪些 好玩的3D游戏大全2023

      3D游戏因为比较真实的场面,所以能让玩家很好的带入到这些游戏中,那小编就想和大家分享一下市面上热门的三d游戏有哪些,这些游戏有的是新游戏,有的是老游戏,但是都有一个共同的特点,就是画面采用的是3D设计,不但能增强整个游戏的精致度,而且还可以让玩家感受到游戏设计的用心,也能更好的在这些游戏中体验乐趣,一起和小编来看一...
微信

手机扫一扫添加微信