Symulacja MES używana do testowania wydajności mechanicznej obiektów drukowanych 3D SLS PA 12

W artykule zatytułowanym "Mechaniczne działanie polimerów ze sproszkowanego złoża polimerów proszkowych - symulacja i weryfikacja MES" grupa naukowców omawia znaczenie zachowania anizotropowego w drukowanych obiektach 3D. Konieczna jest optymalizacja geometryczna, aby obiekt spełniał wstępnie określone wymagania dotyczące wytrzymałości i jakości. Do badań zbadano materiałowy opis spiekanego polimerowego spieku proszku lub selektywnego spiekanego laserem PA12 przy użyciu metody elementów skończonych (MES).

Próbki do badań w kształcie hantli lub kości psa wydrukowano w 3D, oraz przeprowadzono testy materiałowe. Model został następnie użyty do symulacji i przewidywania mechanicznej wydajności elementów protez dolnych SLS drukowanych 3D: pylonu i podpory.

"Stwierdzono, że symulacje MES, wraz z Modelem Materiału, dały dobre oceny lokalizacji awarii i jej obciążenia "- stwierdzają naukowcy. "Zauważono również, że istniały znaczące różnice pomiędzy poszczególnymi próbkami testowymi z nadrukiem SLS, które miały wpływ na parametry materiałowe i symulacje MES. W związku z tym, aby umożliwić niezawodne symulacje MES do projektowania produktów drukowanych 3D, potrzebna jest lepsza kontrola procesu SLS pod względem porowatości, morfologii porów i rozkładu porów. "

Dwie części protezy dolnej kończyny dolnej Druk 3D: pylon i podpora. Do analizy MES użyto oprogramowania ANSYS. Optymalizacja topologii została przeprowadzona w celu znalezienia optymalnej geometrii dwóch części.

"W celu optymalizacji topologii stworzono dwa przypadki obciążeń i połączono je z modułem optymalizacji topologii" - wyjaśniają naukowcy. "Ponieważ optymalizator topologii nie radzi sobie z efektami nieliniowymi, na tym etapie zastosowano zachowanie liniowego elastycznego materiału anizotropowego wraz z analizą małych ugięć. Cel optymalizacji został ustawiony tak, aby zminimalizować masę. "

Najpierw badano pylon, a następnie testowano go w przypadku obciążenia II, zgodnie z normą ISO. Wyniki testu porównano z symulacjami MES. Drugim obiektem badanym było wsparcie. Wykonano analizy MES i optymalizację dwóch różnych projektów: optymalizacja topologii dla pionowych i poziomych kierunków drukowania podpory o grubości ściany 7 mm oraz optymalizacja kształtu ściany i podstawy grubości podpory drukowanej pionowo, w oparciu o istniejąca geometria.

Pylony były poziomo i pionowo w 3Ddrukowane i testowane w przypadku obciążenia II, łącząc kompresję ze zginaniem i skręcaniem każdej części. Wyniki testu porównano z symulacjami MES, a dwa z nich dobrze się zgadzały. Podpory zostały następnie przetestowane, a wyniki porównane z symulacjami FEM.

"Wykazano, że model materiałowy dobrze prognozował lokalizację usterki, a nawet dostarczył rozsądnych szacunków obciążeń przy awarii podczas testów, zgodnie z normami ISO. Dlatego też symulacja MES może być użytecznym narzędziem, jeśli chodzi o optymalne projektowanie obiektów drukowanych 3D i przewidywanie, jak działają mechanicznie ", podsumowują naukowcy. "Niemniej jednak należy wziąć pod uwagę, że mogą występować duże różnice między drukowanymi elementami 3D, w tym kościami psa, od których uzyskano lub uzyskano właściwości mechaniczne. Zmiany właściwości materiału (dane wejściowe do symulacji MES), np. Moduł Younga, granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie itp. Mogą sprawić, że symulacja MES będzie mniej niezawodna. Dlatego ważne jest, aby mieć lepszą kontrolę nad procesem drukowania 3D, co prowadzi do zmniejszenia porowatości i zmienności drukowanych obiektów 3D, aby symulacja MES obiektów drukowanych w 3D była wiarygodna. "

Autorami publikacji są Anders Linberg, Johan Alfthan, Henrik Pettersson, Göran Flodberg i Li Yang.