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【科研】接近最大刚度的最坚固3D打印新板格结构是这个样子的……
发布:blast_k   时间:2019/1/3 15:07:13   阅读:2287 
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创新的内部结构由苏黎世联邦理工学院

和麻省理工学院的团队开发

来自苏黎世联邦理工学院和麻省理工学院的联合研究小组开发了一种材料结构,这种材料结构可以成为给定重量下最坚硬的材料结构。可以使用增材制造技术制造创新的晶格结构。

坚固、轻量级、令人难以置信的坚硬材料架构背后的研究团队由Dirk Mohr领导。Dirk Mohr是制造材料计算模型教授,也是开发轻质材料和结构设计和制造计算模型的专家。通过合作,研究团队成功地提出了一种非常坚硬且在所有三个维度上都同样坚固的板格结构。

有趣的是

因为理论上可以确定具有内部空隙的晶格结构或其他几何形状的刚度,研究人员已经确定它们的材料结构接近可能的最大刚度。

结构的强度和刚度归因于板格几何形状——一种格子,与更常用的桁架相比具有更多的优点,桁架通常以柱、支柱、椽子等形式出现。
3D打印的pollymer板格(左)

和更传统的桁架格子(右)

“桁架原理非常古老,”Dirk Mohr教授说。“它长期以来被用于半木结构的房屋、钢桥和钢塔,如埃菲尔铁塔。我们可以看到桁架格子,因此它们通常被认为是理想的轻质结构。然而,通过计算机计算,理论和实验测量,我们现在已经建立了一个新的板格结构系列,其重量和体积相同的桁架格子的硬度高达三倍。

为了补充这一点,研究人员表示,板格不仅比它们的桁架格子更硬,而且它们也更强。报道称,这些结构接近其理论最大强度值。

在开发创新格子时,研究团队创建了计算模型,随后使用微米级打印系统或进一步评估从塑料中3D打印。虽然研究人员使用微米打印模型,但是板格对于任何规模打印的结构都具有相同的优点。

在这个阶段,研究人员强调他们的研究领先于现有的增材制造技术。也就是说,由于与3D打印相关的成本——特别是对于金属增材制造——板格结构的制造成本将非常昂贵。


最可能的结构之一



“如果今天这些格子是用不锈钢加成制造的,那么它们每克的成本就会高于银,”Dirk Mohr详细阐述道。

“但是,当增材制造技术为大规模生产做好准备时,这一突破将会到来。轻型结构,其当前成本限制了其在飞机制造和空间应用中的实际应用,也可用于重量起作用的各种应用。

一旦增材制造的成本被技术进步和采用所降低,晶格结构甚至可以帮助进一步降低成本,因为它与固体物体相比需要更少的材料。

在航空航天工业之外,板格结构可以用于改进医疗植入物、笔记本电脑外壳甚至车辆结构。“当时机成熟时,一旦大规模生产轻质材料,这些周期性板格将成为首选设计。”Dirk Mohr总结道。

由苏黎世联邦理工学院和麻省理工学院开展的创新研究项目最近发表在《先进材料》杂志上,报告题目为:3D Plate-Lattices:一种新兴的显示最佳各向同性刚度的低密度超材料。

来源:3D打印商情

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