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2019-03-11

2018年2月14日,朱继宏教授团队最新研究成果《experimental validation of 3d printed material behaviors and their influence on the structural topology design》在《computational mechanics》上发表。

本文基于实验对考虑材料微观特性和宏观机械性能的3d打印拓扑优化结构制件进行了系统研究。借助电子成像系统及光学显微镜,通过对不同成形方向打印试样的研究发现,sla和slm所打印的不同成形方向试样呈现出一定程度的各向异性,基于对sla工艺制件各向异性的研究,采用考虑各向异性的设计规则所设计的结构优化件相比采用传统各向同性规则所设计的制件表现出了更好的力学性能;同时发现对采用slm工艺制备的金属晶格其微小分枝结构的表面质量会对晶格的强度性能产生一定影响,但刚度影响不显著。实验结果表明,优化设计并通过slm制备的17克双尺度点阵结构,承压能力达到1.8吨;在作为夹芯结构的情况下,承压能力能达到3.2吨。基于本文的研究成果可以说明在进行结构优化之前充分考虑3d打印的制件特性是十分必要的。

本文所得到的主要结论如下:

1.3d打印制件材料性能存在一定程度的各向异性,不同打印方向的制件结构性能存在一定差异。

2.针对sla技术制备的树脂样件的研究发现,在xoy平面样件性能基本呈现各向同性状态,当xoz平面打印方向由0°逐渐过渡至90°时,弹性模量呈现“v”型变化,在打印方向上其拉伸强度较低。故“横向同性材料模型”更为适用于描述sla制件的弹性行为,在今后的结构优化中也应考虑应用该类型材料模型以获得更好的优化件性能。

3.针对slm工艺制备的钛合金样件研究发现,在所有实验中各样品的弹性刚度和极限强度表现出了较好的一致性,但制件表面质量的提升可对制件的强刚度有一定增强作用。同时研究发现在一定载荷的范围,本次所制备的钛合金镂空结构制件性能对局部缺陷和损伤是不敏感的。

本研究使用样品由blt-s200打印完成。

《experimental validation of 3d printed material behaviors and their influence on the structural topology design》原版论文如下:

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