Университет Глазго опубликовал Новый анализ механизмов деформации, которые приводят к разрушению 3D-печатных материалов под нагрузкой, может привести к созданию более прочных и легких пластиков. Это исследование дает представление о структурных факторах, участвующих в проектировании и строительстве ферменных материалов – сотовых структур, известных своей прочностью и поглощением энергии.
Команда разработала параметр проектирования, названный «коэффициент улучшения», надежный прогноз для минимизации структурных дефектов и максимизации производительности в новых конструкциях ферм. Их результаты дают рекомендации по 3D-печати, которые могут помочь ученым-материаловедам разработать новые надежные 3D-печатные решетки с улучшенными свойствами. В статье описывается тщательное исследование процесса 3D-печати полиэфиримида (PEI), прочного и пригодного для вторичной переработки термопласта, на четырех конструкциях ячеек и трех относительных плотностях с использованием изготовления плавленых нитей.
Команда подвергла материалы испытаниям на прочность, которые показали, что сетки с низкой плотностью деформируются и сгибаются под давлением, в то время как сетки с более высокой плотностью часто ломаются вдоль линий соприкосновения нитей PEI. Это не позволяло материалам поглощать столько энергии, сколько предполагалось.
Используя данные испытаний, команда разработала компьютерные модели для проведения виртуальных испытаний, показавших, что поглощение энергии PEI ограничено дефектами, возникающими из-за перекрывания пластиковых нитей. У сеток с лучшими характеристиками стенки ячеек были не более чем в два раза толще, чем у нити PEI.
Инструмент «Фактор улучшения», проверенный реальными экспериментами, прогнозирует, как устранение производственных дефектов улучшит производительность сети. Проектировщики могут использовать эти расчеты для создания оптимальных конструкций.
«3D-печать, или аддитивное производство, дает нам замечательный контроль над тем, как могут быть созданы материалы, и позволяет нам создавать конструкции, которые трудно или невозможно создать другими способами. Однако конструкции, изготовленные с помощью аддитивного производства, могут быть скомпрометированы дефектами, вызванными технологическим процессом, что не позволяет им полностью раскрыть свой потенциал. Наша цель в этом исследовании состояла в том, чтобы составить полную картину того, как возникают эти дефекты и какие шаги мы можем предпринять для их учета на каждом этапе процесса проектирования для получения оптимальных результатов», — сказал профессор Шанмугам из школы Джеймса Уотта. инженерного факультета Университета Глазго. «Мы надеемся, что наши выводы и разработанные нами рекомендации приведут к революционным разработкам в области материалов, производимых с помощью аддитивного производства. Сетчатые материалы, произведенные без дефектов, могут проложить путь к новым достижениям в области безопасности дорожного движения, где их способность поглощать удары может помочь создать более устойчивые к ударам автомобили, или в аэрокосмическом дизайне, где их легкий вес может позволить создавать более экономичные самолеты. »
Исследование началось два года назад благодаря совместным усилиям Кембриджского университета (Великобритания) и Политехнического университета Марке (Италия). Опубликована статья группы под названием «Многомасштабные эксперименты и прогнозное моделирование для предотвращения отказов в решетчатом аддитивном производстве». опубликовано в журнале Advanced Materials TechnologiesИсследование финансировалось Европейским Союзом и Университетом Глазго, что способствовало укреплению связей между Великобританией и Италией.
.jpg)
