Badanie lekkich struktur 3D drukowanych na odlewy piaskowe

Drukowanie 3D jest często wykorzystywane do produkcji form do odlewania. W przypadku form piaskowych zazwyczaj stosuje się rozpylanie lepiszcza; jednak, jego wysokie koszty, z powodu drogich materiałów, muszą zostać obniżone, według autorów badania zatytułowanego "Analiza mechaniczna kompozytów ceramicznych / polimerowych z lekką konstrukcją typu Mesh przy użyciu druku 3D metodą Binder-Jet." W badaniu Naukowcy badają własności mechaniczne form piaskowych o lekkiej strukturze, zapewniające niskie zużycie materiału i krótki czas przetwarzania.

Natryskiwanie lepiszcza to szybsza metoda wytwarzania form piaskowych niż konwencjonalne odlewanie, ale wciąż jest zbyt droga, dla naukowców. W badaniu pracują nad znalezieniem metodologii lekkiej konstrukcji w mniejszej skali długości do drukowania 3D metodą lepiszcza, na przykład typowej konformalnej siatki kratowej w metalu.

"Zbadanie mechanicznych właściwości lekkiego materiału projektujemy, przedstawiamy podstawową próbkę bloku jednostkowego kompozytu ceramiczno-spoiwowego zastosowaną do całej formy piaskowej przy użyciu drukarki BJ 3D w tym badaniu ", wyjaśniają. "Wybrano dwie różne struktury w tym badaniu, aby porównać typową lekką konstrukcję metalu z naszą idealną strukturą. Zajmujemy się również efektami geometrycznymi, takimi jak rozmiar i kształt typowych lekkich wzorców dostarczanych przez komercyjne oprogramowanie DfAM na podstawie ewolucji właściwości mechanicznych. " CD3D .

Aby zbadać podstawowe czynniki konstrukcyjne lekkiej struktury kompozytów piaskowo-polimerowych, naukowcy wprowadzili dwa rodzaje lekkich konstrukcji: skrzynkę z kwadratowymi otworami (typ 1) i siatkę z górne i dolne klocki (Typ-2). Próbki były drukowane w 3D przy użyciu drukarek 3D z firmy Voxeljet wykorzystujących piaskarkę. Test kompresji przeprowadzono przez umieszczenie próbek pomiędzy okrągłymi stalowymi płytkami. Każdy test przeprowadzono dwukrotnie dla dokładności. Każda próbka została przerwana przez zapoczątkowanie pęknięć i nie zaobserwowano żadnego pełzania.

Naukowcy przeprowadzili także analizę komputerową w celu przewidywania rozkładu naprężeń i pękania przy obciążeniu jednoosiowym, a także przeprowadzono symulacje MES. Z tego badania wyciągnięto kilka głównych wniosków:

Siła obu projektów znacznie spadła wraz ze wzrostem stosunku objętości. Rozmiar wewnętrznego uchwytu w próbce Typu-1 powinien wynosić co najmniej 2 mm dla czystego wyjęcia wewnętrznego piasku. Chociaż próbka typu 1 była wyższawytrzymałości, trudniej było wyjąć cząstki piasku z próbek niż w przypadku typu 2. Dlatego przyszłe badania będą koncentrować się na zwiększeniu niskiej wytrzymałości próbki typu 2.

W przypadku lekkich struktur typu mesh, zwiększająca się grubość podkładki i zmniejszająca się powierzchnia siatki powoduje zwiększenie miejscowego koncentracji naprężeń na styku siatka i poduszki. Łatwe pękanie rozpoczyna się przy stosunkowo słabej granicy między siatką i klockami w przypadku grubej grubości podkładki.

"Ponieważ komercyjne oprogramowanie do optymalizacji topologii zapewnia lekkie konstrukcje dla sztywnych materiałów jednoskładnikowych, takich jak metale lub tworzywa sztuczne, to nie nadaje się do nakładania lekkich konstrukcji na kompozyt ceramiczno-polimerowy o różnych właściwościach mechanicznych "- kontynuują naukowcy. "W rezultacie nowe rodzaje lekkich konstrukcji form do odlewania piasku są wymagane do rozprzestrzeniania technologii druku 3D BJ w przemyśle odlewniczym."

Wreszcie, dalsze prace zasugerują i ocenią nową lekką i sztywną konstrukcję do produkcji dodatków kompozytów ceramicznych / polimerowych. Powinien szczegółowo opisać korelację między strukturalnymi i mechanicznymi aspektami lekkich konstrukcji.

Autorami publikacji są Dong-Hyun Kim, Jinwoo Lee, Jinju Bae, Sungbum Park, Jihwan Choi, Jeong Hun Lee i Eoksoo Kim.