Belangrijke inzichten in het mechanisch gedrag van additieve productie roosterstructuren

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

Met recente vooruitgang heeft additieve productie (AM) snelle productiesnelheden, hoge ruimtelijke resolutie en sterke materialen mogelijk gemaakt – maar de ontwerpvrijheid die het biedt voor gearchitectuurde roostermaterialen kan gezien worden als een van de meest aantrekkelijke voordelen.

Het begrijpen van de mechanische eigenschappen van roosterstructuren speelt een sleutelrol in het ontgrendelen van het potentieel van AM. Zoals het onderzoek toont, is 3D-printen niet zo eenvoudig als een machine insteken en op "print" drukken. Onderdelen gemaakt met roosterontwerp en additieve technologie zijn net zo goed, zo niet soms beter, dan onderdelen gemaakt met traditionele processen – maar het vereist additieve productie-engineering en expertise om schaalbaarheid en betrouwbaarheid van die onderdelen te garanderen.

Onlangs heeft Fast Radius samengewerkt met de Universiteit van Illinois om te bepalen of AM-roosteronderdelen herhaald en op schaal gemaakt konden worden. Gericht op het begrijpen van de ware mogelijkheden van roosterproductie, betrof deze studie het produceren van meer dan 50 onderdelen met vier verschillende roosterontwerptypes en drie verschillende materialen om hun sterkte en integriteit te testen. Fast Radius leverde de productie-engineering expertise en productiemogelijkheden om dit onderzoek te ondersteunen. Dit is de grootste ooit gepubliceerde studie die additief geproduceerde roosterstructuren test en valideert.

Het gehele onderzoek is vol met belangrijke data en inzichten, maar er waren drie hoofdbekendmakingen voor ingenieurs en ontwerpers om te noteren. Die bevindingen betreffen de nauwkeurigheid van AM-onderdelen, het mechanisch gedrag van de roostereigenschappen, en de noodzaak voor foutanalyse.

1) Roosterstructuren gemaakt op productieklas additieve productieapparatuur zijn zeer nauwkeurig.

Elk van de 50 geproduceerde onderdelen had honderden individuele geometrische kenmerken. Het team gebruikte gesofisticeerde scantechnologie om meer dan 1.600 kenmerken in die onderdelen te meten om hun nauwkeurigheid te garanderen.

De bevinding: Metingen van deze geprintte onderdelen toonden aan dat hun nauwkeurigheid industriële standaarden meet. Dit versterkt het idee dat additief geproduceerde roosters zowel herhaalbaar als in staat zijn om te schalen voor industriële productie.

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

Om te garanderen dat onderdelen ontworpen met roosters aan ontwerpeisen konden voldoen, werden mechanische eigenschappen getest en gemeten, waaronder de stijfheid en sterkte van onderdelen.

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

3) Foutanalyse is een kritisch onderdeel van ontwerpen voor AM.

Wanneer bepaalde onderdelen faalden, was het team in staat om te analyseren hoe en waarom het onderdeel faalde. Verschillende falenmechanismen bleken aan het werk te zijn, en de specifieke falen hangen af van de geometrie, oriëntatie en materiaaleigenschappen.

De bevinding: De mechanische sterkte van een roosteronderdeel hangt af van het falenmechanisme specifiek voor elk onderdeel. Wanneer de falenmechanismen begrepen zijn, zijn ingenieurs in staat om roosterontwerpen dienovereenkomstig te selecteren.

Het begrijpen van de sterkte van roosterontwerp is de eerste stap naar het ontgrendelen van nieuwe mogelijkheden met additieve productie. Lees ons artikel, "3D-geprinte roosters begrijpen: prestaties en ontwerpoverwegingen" om roosterontwerp in uw eigen projecten te implementeren.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?