Insights clés sur le comportement mécanique des structures en treillis en fabrication additive

Une étude récente menée par une équipe de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign montre que le succès d'une pièce fabriquée additivement repose sur le succès de la construction.

Avec les avancées récentes, la fabrication additive (FA) a permis des vitesses de production rapides, une haute résolution spatiale et des matériaux solides — mais la liberté de conception qu'elle offre pour les matériaux architecturés en treillis peut être considérée comme l'un de ses avantages les plus attractifs.

Comprendre les propriétés mécaniques des structures en treillis joue un rôle clé dans le débloquage du potentiel de la FA. Comme le montre l'étude, l'impression 3D n'est pas aussi simple que de brancher une machine et d'appuyer sur « imprimer ». Les pièces faites avec une conception en treillis et une technologie additive sont tout aussi bonnes, sinon parfois meilleures, que les pièces faites avec des processus traditionnels — mais cela prend de l'ingénierie et de l'expertise en fabrication additive pour assurer l'évolutivité et la fiabilité de ces pièces.

Récemment, Fast Radius a collaboré avec l'Université de l'Illinois pour déterminer si les pièces en treillis FA pouvaient être faites de manière répétée et à grande échelle. Visé à comprendre les vraies capacités de la fabrication de treillis, cette étude impliquait la fabrication de plus de 50 pièces en utilisant quatre types différents de conception de treillis et trois matériaux différents pour tester leur résistance et intégrité. Fast Radius a fourni l'expertise en ingénierie de fabrication et la capacité de fabrication pour soutenir cette recherche. C'est la plus grande étude jamais publiée qui teste et valide les structures en treillis fabriquées additivement.

L'étude entière est remplie de données et d'insights importants, mais il y avait trois résultats principaux pour les ingénieurs et concepteurs à noter. Ces résultats concernent la précision des pièces FA, le comportement mécanique des propriétés des treillis, et le besoin d'analyse de défaillance.

1) Les structures en treillis faites sur des équipements de fabrication additive de qualité production sont hautement précises.

Chacune des 50 pièces fabriquées avait des centaines de caractéristiques géométriques individuelles. L'équipe a utilisé une technologie de numérisation sophistiquée pour mesurer plus de 1 600 caractéristiques dans ces pièces pour assurer leur précision.

Le résultat : Les mesures de ces pièces imprimées ont montré que leur précision répondait aux normes industrielles. Cela renforce l'idée que les treillis fabriqués additivement sont à la fois reproductibles et capables de s'écheller pour une production de qualité industrielle.

2) Les propriétés mécaniques des pièces FA se comportent de manière prévisible.

Afin de s'assurer que les pièces conçues en utilisant des treillis pouvaient répondre aux exigences de conception, les propriétés mécaniques ont été testées et mesurées, y compris la rigidité et la résistance des pièces.

Le résultat : En général, les pièces testées se sont comportées de manière attendue basée sur la théorie et la prédiction d'ingénierie. Dans certains cas, certaines pièces étaient plus faibles jusqu'à sept pour cent. En comprenant ces caractéristiques uniques des pièces imprimées, les concepteurs peuvent adapter les géométries de pièces qui prennent en compte les variables de processus, comme l'orientation de la pièce et le support.

3) L'analyse de défaillance est une partie critique de la conception pour la FA.

Quand des pièces particulières ont échoué, l'équipe a pu analyser comment et pourquoi la pièce a échoué. Différents mécanismes de défaillance ont été trouvés en jeu, et les défaillances spécifiques dépendent de la géométrie, de l'orientation et des propriétés du matériau.

Le résultat : La résistance mécanique d'une pièce en treillis dépend du mécanisme de défaillance spécifique à chaque pièce. Quand les mécanismes de défaillance sont compris, les ingénieurs sont capables de sélectionner les conceptions de treillis en conséquence.

Comprendre la résistance de la conception en treillis est la première étape pour débloquer de nouvelles opportunités avec la fabrication additive. Lisez notre article, « Comprendre les treillis imprimés en 3D : performance et considérations de conception » pour commencer à implémenter la conception en treillis dans vos propres projets.

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