Wesentliche Einblicke in das mechanische Verhalten additiv gefertigter Gitterstrukturen

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

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

Das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Gitterstrukturen spielt eine Schlüsselrolle beim Freisetzen des AM-Potenzials. Wie die Studie zeigt, ist 3D-Druck nicht so einfach wie Maschine anschließen und „Drucken“ drücken. Teile mit Gitterdesign und additiver Technologie sind genauso gut, wenn nicht manchmal besser, als Teile aus traditionellen Prozessen – aber es braucht additive Fertigungs-Engineering und Expertise, um Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit dieser Teile zu gewährleisten.

Kürzlich kollaborierte Fast Radius mit der University of Illinois, um zu bestimmen, ob AM-Gitterteile wiederholbar und im Maßstab gefertigt werden können. Ziel war es, die wahren Fähigkeiten der Gitterfertigung zu verstehen. Die Studie umfasste die Fertigung von über 50 Teilen mit vier verschiedenen Gitterdesign-Typen und drei verschiedenen Materialien, um deren Festigkeit und Integrität zu testen. Fast Radius stellte die Fertigungs-Engineering-Expertise und -Kapazität für diese Forschung bereit. Dies ist die größte je veröffentlichte Studie, die additiv gefertigte Gitterstrukturen testet und validiert.

Die gesamte Studie ist voll wichtiger Daten und Insights, aber es gab drei Hauptergebnisse für Ingenieure und Designer zu beachten. Diese beziehen sich auf die Genauigkeit von AM-Teilen, das mechanische Verhalten der Gittereigenschaften und die Notwendigkeit von Versagensanalyse.

1) Gitterstrukturen, die auf produktionsreifer additiver Fertigungsausrüstung gefertigt werden, sind hochpräzise.

Jedes der 50 gefertigten Teile hatte hunderte individuelle geometrische Features. Das Team nutzte fortschrittliche Scantechnologie, um mehr als 1.600 Features in diesen Teilen zu vermessen und deren Genauigkeit zu sichern.

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

2) Mechanische Eigenschaften von AM-Teilen verhalten sich vorhersagbar.

Um sicherzustellen, dass mit Gittern designte Teile Designanforderungen erfüllen konnten, wurden mechanische Eigenschaften getestet und gemessen – einschließlich Steifigkeit und Festigkeit der Teile.

Das Ergebnis: Im Allgemeinen verhielten sich die getesteten Teile erwartungsgemäß basierend auf Engineering-Theorie und -Vorhersage. In manchen Fällen waren bestimmte Teile um bis zu sieben Prozent schwächer. Durch Verständnis dieser einzigartigen Charakteristika der gedruckten Teile können Designer Teilegeometrien anpassen, die Prozessvariablen wie Teileorientierung und Stützen berücksichtigen.

3) Versagensanalyse ist ein kritischer Teil des Designs für AM.

Als bestimmte Teile versagten, konnte das Team analysieren, wie und warum das Teil versagte. Unterschiedliche Versagensmechanismen wirkten, und die spezifischen Versagen hingen von Geometrie, Orientierung und Materialeigenschaften ab.

Das Ergebnis: Die mechanische Festigkeit eines Gitterteils hängt vom spezifischen Versagensmechanismus jedes Teils ab. Wenn die Versagensmechanismen verstanden sind, können Ingenieure Gitterdesigns entsprechend auswählen.

Das Verständnis der Festigkeit von Gitterdesign ist der erste Schritt, um neue Möglichkeiten mit additiver Fertigung freizusetzen. Lesen Sie unseren Artikel „Understanding 3D printed lattices: Performance and design considerations“, um Gitterdesign in Ihre eigenen Projekte zu implementieren.

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