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。

通過增材制造產生的微晶格結構，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，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，網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。據發(fā)現，網格拓撲尤其如此，表現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，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得最差。

據發(fā)現，網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。