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2018年2月14日，鉑力特協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究院最新研究成果《Experimental validation of 3D printed material behaviors and their influence on the structural topology design》在《Computational Mechanics》上發(fā)表。

本文基于實(shí)驗(yàn)對(duì)考慮材料微觀特性和宏觀機(jī)械性能的3D打印拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)制件進(jìn)行了系統(tǒng)研究。借助電子成像系統(tǒng)及光學(xué)顯微鏡，通過(guò)對(duì)不同成形方向打印試樣的研究發(fā)現(xiàn)，SLA和SLM所打印的不同成形方向試樣呈現(xiàn)出一定程度的各向異性，基于對(duì)SLA工藝制件各向異性的研究，采用考慮各向異性的設(shè)計(jì)規(guī)則所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化件相比采用傳統(tǒng)各向同性規(guī)則所設(shè)計(jì)的制件表現(xiàn)出了更好的力學(xué)性能；同時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)采用SLM工藝制備的金屬晶格其微小分枝結(jié)構(gòu)的表面質(zhì)量會(huì)對(duì)晶格的強(qiáng)度性能產(chǎn)生一定影響，但剛度影響不顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)并通過(guò)SLM制備的17克雙尺度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，承壓能力達(dá)到1.8噸；在作為夾芯結(jié)構(gòu)的情況下，承壓能力能達(dá)到3.2噸?；诒疚牡难芯砍晒梢哉f(shuō)明在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前充分考慮3D打印的制件特性是十分必要的。

本文所得到的主要結(jié)論如下：

1.3D打印制件材料性能存在一定程度的各向異性，不同打印方向的制件結(jié)構(gòu)性能存在一定差異。

2.針對(duì)SLA技術(shù)制備的樹(shù)脂樣件的研究發(fā)現(xiàn)，在XOY平面樣件性能基本呈現(xiàn)各向同性狀態(tài)，當(dāng)XOZ平面打印方向由0°逐漸過(guò)渡至90°時(shí)，彈性模量呈現(xiàn)“V”型變化，在打印方向上其拉伸強(qiáng)度較低。故“橫向同性材料模型”更為適用于描述SLA制件的彈性行為，在今后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中也應(yīng)考慮應(yīng)用該類型材料模型以獲得更好的優(yōu)化件性能。

3.針對(duì)SLM工藝制備的鈦合金樣件研究發(fā)現(xiàn)，在所有實(shí)驗(yàn)中各樣品的彈性剛度和極限強(qiáng)度表現(xiàn)出了較好的一致性，但制件表面質(zhì)量的提升可對(duì)制件的強(qiáng)剛度有一定增強(qiáng)作用。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)在一定載荷的范圍，本次所制備的鈦合金鏤空結(jié)構(gòu)制件性能對(duì)局部缺陷和損傷是不敏感的。

本研究使用樣品由BLT-S200打印完成。