Pierwsze testy właściwości mechanicznych trójwymiarowych części węglowych CLIP z nadrukiem

Założona w 2013 roku kalifornijska firma drukująca 3D Carbon, niespodziewanie trafiła na scenę w 2015 roku dzięki innowacyjnej technologii ciągłego wytwarzania płynnego interfejsu (CLIP), która wykorzystuje moc światła i tlenu do utwardzania światłoczułej żywicy. Zamiast budować obiekt za warstwami, superszybki druk CLIP 3D utwardza ​​żywicę, wykorzystując światło, wykorzystując tlen jako środek hamujący, i jest idealny do zastosowania w aplikacjach motoryzacyjnych, między innymi

technologii CLIP, podobnie jak inne formy druku 3D, jest w stanie tworzyć obiekty o złożonej geometrii, co oznacza, że ​​może być stosowany do drukowania 3D architektonicznych struktur kratowych. Grupa badaczy z University of Illinois w Urbana-Champaign opublikowała niedawno publikację na sympozjum zatytułowane "Właściwości mechaniczne struktur z kratowymi sześciokątami, wykonanych przy użyciu ciągłego wytwarzania płynnego interfejsu produkcyjnego", które według nich jest "pierwszym opublikowanym raportem mechanicznych testowanie materiałów sieciowych wytworzonych przy użyciu CLIP. "

" Artykuł przedstawia projekt, produkcję i mechaniczne testy właściwości sześciokątnych struktur kratowych wytwarzanych przy użyciu AM opartego na ciągłej produkcji płynów (CLIP) "- napisali naukowcy. "Wydrukowaliśmy i przetestowaliśmy ponad 50 części, w czterech materiałach polimerowych i czterech różnych rozmiarach kratownicy. Zmierzone moduły sprężystości drukowanych struktur są zbliżone do wartości oczekiwanych od specyfikacji dostawcy materiału, chociaż istnieją pewne różnice; ta odmienność jest różna dla różnych materiałów. "

Zespół wykorzystał technologię CLIP do drukowania trójwymiarowych struktur sieciowych, składających się ze zwykłych sześciokątów, w czterech różnych materiałach: dodatkowym epoksydie (EPX), sztywnym poliuretanie (RPU) i elastyczny poliuretan (FPU) i ester cyjanianowy (CE). Części mają grubość wiązki do długości, która wynosi od 0,05 do 0,20, co odpowiada gęstości względnej od 0,06 do 0,23. Najmniejsza część wynosiła 35 x 35 x 22 mm, a największa 110 x 104 x 45 mm.

Ich celem było wybranie i przetestowanie różnych kombinacji właściwości wewnętrznych i geometrii sieci w celu "pokrycia" szeroki wachlarz atrakcyjnych zachowań materiałów kratowych. "

" Zaprojektowaliśmy wymiary kratownicy, aby uzyskać względne gęstości w zakresie od 0,06 do 0,23, a mechanizmy niepowodzenia sięgają od kruchego do plastycznego i elastycznego wyboczenia. Przy założeniu, że elementy kratownicy są smukłe (t / l << 1), wyrażenia dla gęstości względnych, modułów sprężystości iSiła awarii może być obliczona dla sieci sześciokątnych "- napisali naukowcy. "W miarę jak smukłość kratownicy maleje (wzrasta t / l), ważność zaniku tych równań maleje; dla gęstości względnych poniżej 0,4 modelowanie z dokładnością do 10% rzeczywistych wartości [4]. Rozwiązując wszystkie mechaniczne awarie wytrzymałości, przewidujemy wytrzymałość sieci jako minimum dostępnych mocy awaryjnych. Dla naszych czterech punktów konstrukcyjnych i czterech materiałów, kraty przewidywały moduły w zakresie od 0,55 - 970 MPa, a moce od 0,02 do 38 MPa. Liczby te odzwierciedlają właściwości dla wszystkich trzech (w płaszczyźnie i poza płaszczyzną) kierunków kompresji. "

Każdy z projektów został przetestowany, w jednoosiowej kompresji, zarówno poza płaszczyzną (X3 ) i w płaszczyźnie (X2), podczas gdy zapisy optyczne zostały użyte do obserwacji mechaniki uszkodzeń. Dodatkowo badacze przetestowali także niektóre projekty w kierunku ortogonalnym w płaszczyźnie (X1).

Zarówno część RPU, jak i część EPX, o identycznych geometriach, testowano w kierunku X2. Wyniki tego testu pokazują, w jaki sposób wydajność i uszkodzenie części są kontrolowane przez ich odrębne właściwości materiału sypkiego i wytrzymałości na uszkodzenia. Krzywa naprężenie-odkształcenie dla części RPU ilustruje plastyczną wydajność przed pęknięciem, chociaż obie drukowane części 3D doświadczają kruchego pęknięcia.

"Możemy porównać zmierzoną wydajność sieci z wydajnością oczekiwaną od teorii z użyciem materiału dane o właściwościach z arkuszy specyfikacji dostawców "- napisali naukowcy. "Dla części EPX zmierzony moduł sprężystości wynosi 64,0 MPa w porównaniu do oczekiwanej wartości 58,0 MPa, a zmierzona wytrzymałość na zerwanie wynosi 1,7 MPa w porównaniu do oczekiwanej wartości 2,1 MPa. Dla części RPU zmierzony moduł sprężystości wynosi 31,3 MPa w stosunku do oczekiwanej wartości 35,1 MPa, a zmierzona wytrzymałość na zerwanie wynosi 1,3 MPa w porównaniu do oczekiwanej wartości 1,1 MPa. "

Zespół był w stanie aby stwierdzić, że ich błędy w strukturze wydruków 3D zależały nie tylko od użytego materiału, ale także od "konkretnych wartości długości i grubości kratownicy".