Top 3 geleerde dingen over mechanische eigenschappen van additief vervaardigde roosterstructuren

Een recent onderzoek uitgevoerd door een team van onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign toont aan dat het succes van een additief vervaardigd onderdeel afhankelijk is van het succes van de build.

Met recente ontwikkelingen heeft additive manufacturing (AM) hoge productiesnelheden, hoge ruimtelijke resolutie en sterke materialen mogelijk gemaakt - maar de ontwerpvrijheid die het biedt voor geconstrueerde roostermaterialen kan worden gezien als een van de meest aantrekkelijke voordelen.

Het begrijpen van de mechanische eigenschappen van roosterstructuren speelt een sleutelrol bij het ontsluiten van het potentieel van AM. Zoals de studie aantoont, is 3D-printen niet zo eenvoudig als het aansluiten van een machine en op "printen" drukken. Onderdelen die zijn gemaakt met roosterontwerp en additieve technologie zijn net zo goed, zo niet soms beter, dan onderdelen die zijn gemaakt met traditionele processen, maar er zijn additieve fabricagetechniek en expertise nodig om de schaalbaarheid en betrouwbaarheid van die onderdelen te garanderen.

Onlangs heeft Fast Radius samengewerkt met de Universiteit van Illinois om te bepalen of AM-roosteronderdelen herhaaldelijk en op schaal kunnen worden gemaakt. Gericht op het begrijpen van de ware mogelijkheden van roosterproductie, omvatte dit onderzoek de productie van meer dan 50 onderdelen met behulp van vier verschillende roosterontwerptypes en drie verschillende materialen om hun sterkte en integriteit te testen. Fast Radius leverde de fabricagetechnische expertise en productiecapaciteit om dit onderzoek te ondersteunen. Dit is de grootste studie die ooit is gepubliceerd en waarin additief vervaardigde roosterstructuren worden getest en gevalideerd.

Het hele onderzoek zit boordevol belangrijke gegevens en inzichten, maar er waren drie belangrijke bevindingen voor ingenieurs en ontwerpers. Die bevindingen hebben betrekking op de nauwkeurigheid van AM-onderdelen, het mechanische gedrag van de roostereigenschappen en de noodzaak van faalanalyse.

1) Roosterstructuren die zijn gemaakt op apparatuur voor additieve productie van productiekwaliteit zijn zeer nauwkeurig.

Elk van de 50 vervaardigde onderdelen had honderden individuele geometrische kenmerken. Het team gebruikte geavanceerde scantechnologie om meer dan 1600 kenmerken in die onderdelen te meten om hun nauwkeurigheid te garanderen.

De bevinding: Metingen van deze gedrukte onderdelen toonden aan dat hun nauwkeurigheid voldeed aan de industriële normen. Dit versterkt het idee dat additief vervaardigde roosters zowel herhaalbaar als schaalbaar zijn voor industriële productie.

2) Mechanische eigenschappen van AM-onderdelen gedragen zich voorspelbaar.

Om ervoor te zorgen dat onderdelen die zijn ontworpen met behulp van roosters aan de ontwerpvereisten konden voldoen, werden mechanische eigenschappen getest en gemeten, inclusief de stijfheid en sterkte van onderdelen.

De bevinding: Over het algemeen gedroegen de geteste onderdelen zich op een verwachte manier op basis van technische theorie en voorspelling. In sommige gevallen waren bepaalde onderdelen tot zeven procent zwakker. Door deze unieke kenmerken van de geprinte onderdelen te begrijpen, kunnen ontwerpers onderdeelgeometrieën aanpassen die rekening houden met procesvariabelen, zoals onderdeeloriëntatie en ondersteuning.

3) Foutanalyse is een cruciaal onderdeel van het ontwerpen voor AM.

Wanneer bepaalde onderdelen faalden, kon het team analyseren hoe en waarom het onderdeel faalde. Er bleken verschillende faalmechanismen in het spel te zijn en de specifieke fouten zijn afhankelijk van de geometrie, oriëntatie en materiaaleigenschappen.

De bevinding: De mechanische sterkte van een roosteronderdeel hangt af van het faalmechanisme dat specifiek is voor elk onderdeel. Wanneer de faalmechanismen worden begrepen, kunnen ingenieurs de roosterontwerpen dienovereenkomstig selecteren.

Het begrijpen van de kracht van roosterontwerp is de eerste stap naar het ontsluiten van nieuwe kansen met additive manufacturing. Lees ons artikel 'Inzicht in 3D-geprinte roosters:prestatie- en ontwerpoverwegingen' om te beginnen met het implementeren van roosterontwerp in uw eigen projecten.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?