基于3D打印技术的多孔结构力学性能研究

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3D打印技术是通过利用三维软件进行建模设计操作,采用材料逐层累加的方法制造实体零件的一种技术,相对于传统的材料去除(切削加工)技术,是一种“自下而上”材料累加的制造方法。3D打印技术尤其适用于小批量、个性化定制零件的加工生产过程。3D打印概念的提出始于20世纪80年代后期,我国则于90年代初开始研究。经过短短20余年的时间,这-技术已取得了飞速发展,在生物医学工程、微纳制造、航空航天等诸多领域的应用前景十分广阔,对于某些几何形状的模型,采用3D打印的生产方式会比传统的加工方式电经济快捷。多孔结构近年来在工程实践中得到了广泛的重视和应用,是因为它具有独特的机械性能、传播性能、光电性能、选择渗透性以及选择吸附性,在夹合件的芯材、飞机起落架、空降保护设备等结构中有着广泛的应用。国内外许多研究者从多孔结构的性能入手,以理论、实验或数值模拟的方法研究了多孔结构材料的力学性能。本文的研究内容为基于3D打印技术制造的多孔结构的成型及力学性能特点,主要完成以下工作:(1)研究在轴向力作用下不同多孔结构的仿真力学性能。通过建立不同孔隙形状和不同孔隙率的多孔结构模型,借助ANSYS静力学仿真,分析了小同多孔结构的力学性能变化规律及力学性能特点,并根据Gibson-Ashby公式,建立了不同多孔结构模型的理论弹性模量模型。(2)研究多孔结构成型过程的误差来源及误差解决方案。通过利用树脂材料打印小试样件,测量其尺寸,分析其产生尺寸误差的原因,并采取优化的误差解决方案,减小模型的尺寸误差,最终控制模型尺寸误差并制造出树脂实体多孔结构模型。(3)多孔结构在实现减材减重的前提下,抗压强度及弹性模量也要满足相关的力学要求,才能满足其应用要求,对基于3D打印技术制造出的多孔结构进行压缩实验,得到多孔结构抗压强度、弹性模量的变化规律及特点,并对理论推导及仿真分析的结果进行验证,通过实验得到的数据对Gibson-Ashby的多孔结构弹性模量的模型进行修正。(4)用金属粉末作为3D打印的材料,用激光熔覆的方法制造通孔金属多孔结构成型件,证明本文研究的树脂多孔结构是能够用金属制造的,并对其进行了压缩实验,通过实验数据验证本文修正的弹性模量计算公式是有效的。
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