Die drei wichtigsten Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Gitterstrukturen

Eine kürzlich von einem Forscherteam der University of Illinois Urbana-Champaign durchgeführte Studie zeigt, dass der Erfolg eines additiv gefertigten Teils vom Erfolg des Aufbaus abhängt.

Mit den jüngsten Fortschritten hat die additive Fertigung (AM) schnelle Produktionsgeschwindigkeiten, eine hohe räumliche Auflösung und starke Materialien ermöglicht – aber die Designfreiheit, die sie für architektonische Gittermaterialien bietet, kann als einer ihrer attraktivsten Vorteile angesehen werden.

Das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Gitterstrukturen spielt eine Schlüsselrolle bei der Erschließung des Potenzials von AM. Wie die Studie zeigt, ist der 3D-Druck nicht so einfach, wie eine Maschine anzuschließen und auf „Drucken“ zu klicken. Teile, die mit Gitterdesign und additiver Technologie hergestellt wurden, sind genauso gut, wenn nicht sogar manchmal besser, als Teile, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden – aber es bedarf additiver Fertigungstechnik und Fachwissen, um die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit dieser Teile sicherzustellen.

Vor kurzem hat Fast Radius mit der University of Illinois zusammengearbeitet, um festzustellen, ob AM-Gitterteile wiederholt und in großem Maßstab hergestellt werden können. Mit dem Ziel, die wahren Fähigkeiten der Gitterherstellung zu verstehen, umfasste diese Studie die Herstellung von über 50 Teilen unter Verwendung von vier verschiedenen Gitterkonstruktionstypen und drei verschiedenen Materialien, um ihre Festigkeit und Integrität zu testen. Fast Radius stellte das Fertigungstechnik-Know-how und die Fertigungskapazitäten zur Verfügung, um diese Forschung zu unterstützen. Dies ist die größte jemals veröffentlichte Studie, die additiv gefertigte Gitterstrukturen testet und validiert.

Die gesamte Studie ist vollgepackt mit wichtigen Daten und Erkenntnissen, aber es gab drei Hauptergebnisse, die Ingenieure und Designer beachten sollten. Diese Ergebnisse beziehen sich auf die Genauigkeit von AM-Teilen, das mechanische Verhalten der Gittereigenschaften und die Notwendigkeit einer Fehleranalyse.

1) Gitterstrukturen, die auf additiven Fertigungsanlagen in Produktionsqualität hergestellt werden, sind hochpräzise.

Jedes der 50 hergestellten Teile hatte Hunderte von individuellen geometrischen Merkmalen. Das Team verwendete eine ausgeklügelte Scantechnologie, um mehr als 1.600 Merkmale in diesen Teilen zu messen, um ihre Genauigkeit zu gewährleisten.

Das Ergebnis: Messungen dieser gedruckten Teile zeigten, dass ihre Genauigkeit Industriestandards entsprach. Dies verstärkt die Idee, dass additiv gefertigte Gitter sowohl wiederholbar als auch für die Produktion in Industriequalität skalierbar sind.

2) Die mechanischen Eigenschaften von AM-Teilen verhalten sich vorhersagbar.

Um sicherzustellen, dass mit Gittern konstruierte Teile die Designanforderungen erfüllen können, wurden mechanische Eigenschaften getestet und gemessen, einschließlich der Steifigkeit und Festigkeit der Teile.

Das Ergebnis: Im Allgemeinen verhielten sich die getesteten Teile in einer erwarteten Weise, basierend auf Ingenieurtheorie und -vorhersage. Teilweise waren bestimmte Teile um bis zu sieben Prozent schwächer. Durch das Verständnis dieser einzigartigen Eigenschaften der gedruckten Teile können Designer Teilegeometrien anpassen, die Prozessvariablen wie Teileausrichtung und -unterstützung berücksichtigen.

3) Die Fehleranalyse ist ein kritischer Teil des Designs für AM.

Wenn bestimmte Teile ausfielen, konnte das Team analysieren, wie und warum das Teil ausfiel. Es wurde festgestellt, dass verschiedene Ausfallmechanismen eine Rolle spielen, und die spezifischen Ausfälle hängen von der Geometrie, Ausrichtung und den Materialeigenschaften ab.

Das Ergebnis: Die mechanische Festigkeit eines Gitterteils hängt von dem Versagensmechanismus ab, der für jedes Teil spezifisch ist. Wenn die Ausfallmechanismen verstanden sind, können Ingenieure Gitterdesigns entsprechend auswählen.

Das Verständnis der Stärke des Gitterdesigns ist der erste Schritt, um neue Möglichkeiten der additiven Fertigung zu erschließen. Lesen Sie unseren Artikel „3D-gedruckte Gitter verstehen:Überlegungen zu Leistung und Design“, um mit der Implementierung des Gitterdesigns in Ihre eigenen Projekte zu beginnen.

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