目前有研究通過(guò)AM-增材制造技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)功能梯度點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞特性變化。盡管如此，仍存在一些挑戰(zhàn)，例如控制眾多變量、熱場(chǎng)波動(dòng)以及增材制造工藝優(yōu)化。盡管人工智能技術(shù)的發(fā)展、增材制造過(guò)程診斷方法的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)以及熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建已經(jīng)在解決上述問(wèn)題，但還必須應(yīng)對(duì)一些挑戰(zhàn)。

3D科學(xué)谷白皮書(shū)

根據(jù)浙江工業(yè)大學(xué)激光制造研究院，更多的機(jī)構(gòu)正在研究復(fù)雜材料的復(fù)雜設(shè)計(jì)與制造，中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院將輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料引入復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這些突破性的研究成果以題為《Integrated design and additive manufacturing of lattice-filled multi-cell tubes》的論文發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Composites Science and Technology》。

圖1.(a)晶格填充多胞管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸參數(shù)；(b) 晶格結(jié)構(gòu)的單胞；(c) FDM的原理：不同組合策略的示意圖；(d) 裝配成形的晶格填充多胞管；(e) 一體化成形的晶格填充多胞管

 兩種組合策略

薄壁結(jié)構(gòu)因其良好的耐沖擊性能和輕質(zhì)特性，在倒塌過(guò)程中展現(xiàn)出穩(wěn)定且可控的變形模式，因此在車(chē)輛被動(dòng)安全系統(tǒng)中作為吸能結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)能量吸收器的深入研究，傳統(tǒng)空心管的耐撞性潛力已基本被挖掘完畢。另一方面，晶格結(jié)構(gòu)（LS）因其卓越的力學(xué)性能、靈活的設(shè)計(jì)性和精確的定制特性而備受關(guān)注。此外，增材制造技術(shù)的發(fā)展為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更大的自由度，使得研究人員可以將輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料引入復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

近期，一些研究人員嘗試將LS填充到薄壁結(jié)構(gòu)中以提升其耐撞性。內(nèi)部的LS可以通過(guò)相互作用改變薄壁結(jié)構(gòu)的變形模式，使得混合結(jié)構(gòu)吸收的能量大于各組分之和。此外，研究人員還優(yōu)化了晶格填料的參數(shù)和分布，以實(shí)現(xiàn)最佳的耐撞性。然而，目前的晶格填充薄壁結(jié)構(gòu)研究主要集中在金屬材料上，而非復(fù)合材料。

中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院的汪馗教授課題組利用熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，將短切碳纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料用于制造晶格結(jié)構(gòu)填充的多胞管，設(shè)計(jì)了裝配成形和一體成形的晶格填充多胞管，并通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)表征了該結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)和能量吸收特性，詳細(xì)研究了多胞管和晶體結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理和協(xié)同效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩種組合策略不同變形模式的復(fù)合格子填充多胞管的平均壓潰力進(jìn)行了理論分析。理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究吻合良好，可推廣到其他具有不同填充構(gòu)型的晶格填充管。

圖2.晶格填充管(裝配成形)及其各部分組件的(a)力-位移曲線和；(b)能量吸收特性比較

圖3.晶格填充管(一體成形)及其各部分組件的(a)力-位移曲線和；(b)能量吸收特性比較

圖4.(a) 空多胞管；(b) 裝配成形的晶格填充多胞管和；(c) 一體成形的晶格填充多胞管的軸向壓縮過(guò)程

正文來(lái)源：浙江工業(yè)大學(xué)激光先進(jìn)制造研究院

(責(zé)任編輯：admin)

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