Ключевые инсайты в механическое поведение решетчатых структур аддитивного производства

Недавнее исследование, проведенное командой исследователей Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, показывает, что успех аддитивно произведенной детали зависит от успеха сборки.

С недавними достижениями аддитивное производство (AM) обеспечило быстрые скорости производства, высокое пространственное разрешение и прочные материалы — но свобода дизайна, которую оно предлагает для архитектурных решетчатых материалов, может быть видна как одно из его самых привлекательных преимуществ.

Понимание механических свойств решетчатых структур играет ключевую роль в раскрытии потенциала AM. Как показывает исследование, 3D-печать не так проста, как включить машину и нажать «печать». Детали, сделанные с решетчатым дизайном и аддитивной технологией, так же хороши, если не иногда лучше, чем детали, сделанные традиционными процессами — но это требует инженерной экспертизы аддитивного производства для обеспечения масштабируемости и надежности этих деталей.

Недавно Fast Radius сотрудничал с Университетом Иллинойса для определения того, могут ли AM-решетчатые детали быть сделаны повторно и в масштабе. Направленное на понимание истинных возможностей решетчатого производства, это исследование включало производство более 50 деталей с использованием четырех разных типов решетчатых дизайнов и трех разных материалов для тестирования их прочности и целостности. Fast Radius предоставил инженерную экспертизу производства и производственную способность для поддержки этого исследования. Это самое большое когда-либо опубликованное исследование, тестирующее и валидирующее аддитивно произведенные решетчатые структуры.

Все исследование полно важных данных и инсайтов, но было три главных вывода для инженеров и дизайнеров. Эти выводы касаются точности AM-деталей, механического поведения свойств решетки и необходимости анализа отказов.

1) Решетчатые структуры, сделанные на производственном аддитивном оборудовании, высокоточны.

Каждая из 50 произведенных деталей имела сотни индивидуальных геометрических элементов. Команда использовала изощренную сканирующую технологию для измерения более 1600 элементов в этих деталях для обеспечения их точности.

Вывод: Измерения этих напечатанных деталей показали, что их точность соответствовала промышленным стандартам. Это укрепляет идею, что аддитивно произведенные решетки как повторяемые, так и способны масштабироваться для промышленного производства.

2) Механические свойства AM-деталей ведут себя предсказуемо.

Чтобы обеспечить, что детали, спроектированные с использованием решеток, могли бы соответствовать дизайнерским требованиям, механические свойства тестировались и измерялись, включая жесткость и прочность деталей.

Вывод: В общем, тестированные детали вели себя ожидаемым образом, основанным на инженерной теории и предсказании. В некоторых случаях определенные детали были слабее до семи процентов. Понимая эти уникальные характеристики напечатанных деталей, дизайнеры могут адаптировать геометрии деталей, учитывающие переменные процесса, такие как ориентация детали и поддержки.

3) Анализ отказов — критическая часть дизайна для AM.

Когда определенные детали отказывали, команда могла проанализировать, как и почему деталь отказала. Разные механизмы отказа находились в игре, и конкретные отказы зависят от геометрии, ориентации и материальных свойств.

Вывод: Механическая прочность решетчатой детали зависит от механизма отказа, специфичного для каждой детали. Когда механизмы отказа понятны, инженеры могут выбирать решетчатые дизайны соответственно.

Понимание прочности решетчатого дизайна — первый шаг к раскрытию новых возможностей с аддитивным производством. Прочитайте нашу статью «Понимание 3D-печатных решеток: производительность и проектировочные соображения» для начала внедрения решетчатого дизайна в ваши проекты.

Готовы сделать ваши детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости