利用SLA增材技術和V2耐用樹脂開發(fā)3D結構

近日,，南極熊注意到最近在《Materials》雜志上發(fā)表的一篇論文，概述了一些創(chuàng)新性實驗研究,，主要關于利用SLA增材技術和V2耐用樹脂(DurableResin V2)開發(fā)3D結構,。

(圖片來源：AZOM)

該論文主旨是，通過準靜態(tài)軸向壓縮試驗,，比較和評估一系列具有不同特性的拓撲結構,，包括結構的壓縮曲線、變形過程和能量吸收參數(shù),。

通過增材制造產(chǎn)生的微晶格結構,，提供了獨特的物理性能組合，比如重量輕,，以及高水平的抗沖擊性,、抗壓強度和能量吸收。通過改變形狀,，也可以更改和優(yōu)化這些結構的屬性,，使其適應一系列應用和設置。

文中引用了一些研究,。這些研究評估了,，在利用3D增量式光固化快速成型(stereolithography，SLA)方法打印的晶格結構中,，相關變化對相對密度造成的影響,。

在AutodeskNetfabb 2021中設計的晶格結構，具有以下拓撲：(a)Grid,；( b ) Hexagon,；© Star；(d) Tetra,；(e)Trabecular,，連同擴大的梁狀形狀。(圖片來源：AZOM)

結果表明,，相對密度分布均勻的一致結構,，在所有打印形狀中具有最高的初始剛度。但是,，相對密度不同的漸變設計,，將顯著提高要承受高壓應力晶格的剛度和吸能能力。

為了確定各種應用中最有益的設計,，并確保這些結構具有強大的機械性能,，需要進行持續(xù)的研究和分析。

為了推進這一領域的工作,，文中對通過光固化快速成型(SLA)和V2耐用樹脂打印的五種梁狀結構進行了評估,。每種結構都表現(xiàn)出規(guī)則單元型拓撲，這些單元周期性地相互連接和重復,，既保持了相對基本的設計,，同時盡可能靈活提供不同的拓撲特性。

這些結構本身是使用Autodesk Netfabb 2021軟件生成的,。這些不同類型的3D打印結構,，分別被描述為網(wǎng)格(Grid),、六邊形(Hexagon)、星形(Star),、四向(Tetra)和小梁(Trabecular),。每個結構都由具有相同公稱直徑的圓形截面的互連梁組成。在樣品的頂部和底部分別打印兩個平面面板,。每個結構測試5個樣本,，總共探討25個樣本。

在結構生成后,，對其進行準靜態(tài)軸向壓縮試驗,，并通過試驗中記錄的壓縮曲線，闡明其基本材料和吸能性能,，并且比較梁的變形過程,。

研究發(fā)現(xiàn)，在很大程度上,，單個結構的打印質量取決于其特定的拓撲結構,，及其在打印機工作空間中的方向。例如,，使用小梁結構時,，打印錯誤率最高；而使用網(wǎng)格結構時,，打印錯誤率最低,。同時，星形和四向拓撲結構的打印質量問題不那么多,。

研究還發(fā)現(xiàn),，網(wǎng)格和星形拓撲顯示出最牢固的初始局部極限力，以及線性范圍內(nèi)的最高剛度,。

也許最值得一提的是,，研究表明，當使用含有與載荷軸對齊的梁的結構時,，有必要施加更高的載荷,，以將其縮短。一旦梁屈曲并失去穩(wěn)定性,，就可以觀察到力的明顯下降,。據(jù)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格拓撲尤其如此,，表現(xiàn)出最高的最大作用力和陡峭的縮減量,。

由于所研究的六邊形和四向拓撲不包括面向載荷軸的粱，從壓縮曲線的線性部分的過渡，可以看出其非常光滑,，這可能是由于彎曲能力,。

通過分析不同結構的能量吸收參數(shù)，可以看出星形和六邊形拓撲結構的抗壓性能最好,，小梁拓撲結構的抗壓性能同樣較好,。相反，四向拓撲在這方面表現(xiàn)得最差,。

據(jù)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格結構對壓碎力具有很強的抵抗力,，這主要是受益于其初始極限力,。

這項工作加深了對晶格結構及其應用的研究。這些材料具有巨大的技術潛力,，尤其是在航空,、汽車、航空航天等行業(yè),。在這些行業(yè)中,，必須在結構強度和組件重量之間取得精準的平衡，只有利用增材制造工藝才能提高相關潛力,。

隨著現(xiàn)代工業(yè)持續(xù)和快速發(fā)展,，需要探索通過非傳統(tǒng)技術解決一系列結構性挑戰(zhàn)，必須以盡可能低的重量實現(xiàn)最耐用和剛性的機械結構,。這將推動相關的持續(xù)性研究,，即使用增材制造方法來制造材料和復雜空間結構。