利用SLA增材技术和V2耐用树脂开发3D结构

近日，南极熊注意到最近在《Materials》杂志上发表的一篇论文，概述了一些创新性实验研究，主要关于利用SLA增材技术和V2耐用树脂(DurableResin V2)开发3D结构。

(图片来源：AZOM)

该论文主旨是，通过准静态轴向压缩试验，比较和评估一系列具有不同特性的拓扑结构，包括结构的压缩曲线、变形过程和能量吸收参数。

通过增材制造产生的微晶格结构，提供了独特的物理性能组合，比如重量轻，以及高水平的抗冲击性、抗压强度和能量吸收。通过改变形状，也可以更改和优化这些结构的属性，使其适应一系列应用和设置。

文中引用了一些研究。这些研究评估了，在利用3D增量式光固化快速成型(stereolithography，SLA)方法打印的晶格结构中，相关变化对相对密度造成的影响。

在AutodeskNetfabb 2021中设计的晶格结构，具有以下拓扑：(a)Grid；( b ) Hexagon；© Star；(d) Tetra；(e)Trabecular，连同扩大的梁状形状。(图片来源：AZOM)

结果表明，相对密度分布均匀的一致结构，在所有打印形状中具有最高的初始刚度。但是，相对密度不同的渐变设计，将显著提高要承受高压应力晶格的刚度和吸能能力。

为了确定各种应用中最有益的设计，并确保这些结构具有强大的机械性能，需要进行持续的研究和分析。

为了推进这一领域的工作，文中对通过光固化快速成型(SLA)和V2耐用树脂打印的五种梁状结构进行了评估。每种结构都表现出规则单元型拓扑，这些单元周期性地相互连接和重复，既保持了相对基本的设计，同时尽可能灵活提供不同的拓扑特性。

这些结构本身是使用Autodesk Netfabb 2021软件生成的。这些不同类型的3D打印结构，分别被描述为网格(Grid)、六边形(Hexagon)、星形(Star)、四向(Tetra)和小梁(Trabecular)。每个结构都由具有相同公称直径的圆形截面的互连梁组成。在样品的顶部和底部分别打印两个平面面板。每个结构测试5个样本，总共探讨25个样本。

在结构生成后，对其进行准静态轴向压缩试验，并通过试验中记录的压缩曲线，阐明其基本材料和吸能性能，并且比较梁的变形过程。

研究发现，在很大程度上，单个结构的打印质量取决于其特定的拓扑结构，及其在打印机工作空间中的方向。例如，使用小梁结构时，打印错误率最高；而使用网格结构时，打印错误率最低。同时，星形和四向拓扑结构的打印质量问题不那么多。

研究还发现，网格和星形拓扑显示出最牢固的初始局部极限力，以及线性范围内的最高刚度。

也许最值得一提的是，研究表明，当使用含有与载荷轴对齐的梁的结构时，有必要施加更高的载荷，以将其缩短。一旦梁屈曲并失去稳定性，就可以观察到力的明显下降。据发现，网格拓扑尤其如此，表现出最高的最大作用力和陡峭的缩减量。

由于所研究的六边形和四向拓扑不包括面向载荷轴的粱，从压缩曲线的线性部分的过渡，可以看出其非常光滑，这可能是由于弯曲能力。

通过分析不同结构的能量吸收参数，可以看出星形和六边形拓扑结构的抗压性能最好，小梁拓扑结构的抗压性能同样较好。相反，四向拓扑在这方面表现得最差。

据发现，网格结构对压碎力具有很强的抵抗力，这主要是受益于其初始极限力。

这项工作加深了对晶格结构及其应用的研究。这些材料具有巨大的技术潜力，尤其是在航空、汽车、航空航天等行业。在这些行业中，必须在结构强度和组件重量之间取得精准的平衡，只有利用增材制造工艺才能提高相关潜力。

随着现代工业持续和快速发展，需要探索通过非传统技术解决一系列结构性挑战，必须以尽可能低的重量实现最耐用和刚性的机械结构。这将推动相关的持续性研究，即使用增材制造方法来制造材料和复杂空间结构。