研究

研究人员3D印刷支持的无线格子受到海胆的启发

研究人员来自国立台湾科技大学使用不需要任何支持结构的融合沉积建模(FDM),使用3D打印新的晶格结构。

壳形晶格结构基于海胆的形态,具有机械稳定和承载的形状。研究人员旨在在其印刷的晶格结构中模拟这些性质,以消除对支撑结构的需要,从而减少印刷过程中所需的材料,能量和时间,以及随后的后处理步骤。

海胆启动的格子设计具有特定的刚度和能量吸收特性,并且可以在最终用途消费产品中具有潜在的应用,例如低成本的鞋子和滑雪靴。根据研究人员的说法,格子也可以以轮胎和汽车挤压箱的形式部署在汽车领域,或者是“任何其他能量吸收”结构的形式。

基于研究人员对蜂窝状壳设计的晶格结构及蜂窝状的密封结构。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。
基于研究人员对蜂窝状壳设计的晶格结构及蜂窝状的密封结构。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。

删除不需要的支持

使用FDM工艺的印刷晶格结构需要支撑结构以确保每个晶格元件被自由缺陷且不失真或下垂。然后通过机械或化学方法在后处理步骤期间除去该支撑结构。

当用像TPU这样的弹性材料印刷时,必须使用相同的材​​料作为载体,通过化学或机械方式通过化学或机械方式从格子中除去这种支撑,这是由于结构的复杂性质而不可能。这种广泛的后处理工作,与首先打印支持所需的额外材料,能量和处理时间,促使研究人员在设计稳定时踏上,可以通过FDM生产的稳定,自支撑的TPU晶格结构。

研究人员还希望利用特定的机械性能,例如刚度和能量吸收,以产生在装载和卸载结构时产生体面的压缩结果,以确保它们适用于鞋类和其他能量吸收应用。

以前的中国研究东南大学已经开始创建算法更强大和更有效的物体使用与格子类似的一致填充图案使用FDM过程打印。在其他地方,一支球队UC Berkeley.已经开发了一种融入的方法3D印刷的聚合物八元格格分成混凝土结构充当强化者。晶格结构显着降低了结构的总重量,并证明是作为传统水泥的承载。

用Ultimaker FDM打印机和Ultimaker TPU灯丝印刷标本。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。
用Ultimaker FDM打印机和Ultimaker TPU灯丝印刷标本。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。

用FDM打印格子

由于其低运营成本和维护,研究人员决定了FDM 3D打印方法。他们希望通过在打印晶格结构时取得更高的打印速度和更好的构建质量,使FDM过程更有效。

在FDM期间,当晶格结构具有陡峭的悬垂和平行壁架时,使用支撑。研究人员发现,为了打印自支撑晶格,他们需要确保最大突出角度为45度,并消除结构的平行壁架。

所提出的晶格由互连的固体支柱组成,该固体支柱网络形成基本构建块,然后可以以周期性结构镶嵌。该结构基于受海胆圆顶的蜂窝设计,该蜂窝设计在材料中是经济的,并且能够从圆顶表面到其边缘有效地转移压缩应力。这使得结构更强,更稳定,并先前已在建筑设计中使用。

用TPU灯丝打印晶格的几种变化Flashforge.海狸3和Ultimaker.FDM 3D打印机,单位格子尺寸为8x8x8mm。然后将单位格子镶嵌成直径为38mm的圆柱体,厚度为16mm。在晶格结构的印刷完成后,不需要后处理步骤,并且可以开始对格子的机械性能进行测试。

在(a)的无支撑晶格结构,(b)bcc晶格结构和(c)EVA泡沫材料上进行装载和卸载测试。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。
在(a)的无支撑晶格结构,(b)bcc晶格结构和(c)EVA泡沫材料上进行装载和卸载测试。图像通过3D打印和添加剂制造/ Mary Ann L雷电竞充值iebert。

评估晶格结构

研究人员发现,它们的3D印刷的无支撑晶格结构可以提高FDM 3D打印过程的整体速度,用于建立定制部件,而格子本身为制造具有各种卷,密度的零件提供“巨大潜力”和尺寸。

3D印刷格子的目视检查发现结构内没有缺陷或突破,证明可以为最终用途制造无支撑的晶格结构,例如中袋和轮胎。该结构在循环载荷下也显示出近恒定的能量返回。

根据研究人员,它们的结构在能量吸收和刚度方面显着优于基准体为中心的立方(BCC)晶格和乙烯乙烯酯(EVA)泡沫。另外,无支撑晶格的印刷花了3小时的时间小于用支撑件印刷的那些,并除去大约11小时的后处理时间。打印格子也比用支撑件印刷的可比结构小三倍。

前进,研究人员预计使用FDM的运动鞋和滑雪靴的自定义中楼的开发中可以应用于无支撑的格子结构。他们还将研究流速对使用固定喷嘴直径印刷格子的准确性的影响。

有关该研究的进一步信息可以在标题的论文中找到“无熔沉积建模制造的能量吸收的无能晶格结构”发表在3D印刷和添加剂制造期刊中。雷电竞充值本文是由A. Kumar,S. Verma,J.jeng撰写的。

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特色图片显示基于研究人员的晶格结构对海胆壳设计。照片通过Halef / Pixabay。