因此,對于第二代非充氣輪胎的3D打印成型,應適當降低內壁處3D打印速度,以保證內壁處層與層之間的充分粘結。同時在非充氣輪胎的結構設計上,應適當增加內壁的厚度,以保證內壁的力學強度。
結合對第一代非充氣輪胎和第二代非充氣輪胎最終3D打印制品的性能分析,對非充氣輪胎的結構進行了第三次優化。第三代非充氣輪胎在結構上依然采用胎面和輪轄一體化結構,同時在第二代非充氣輪胎的基礎上增加內壁的壁厚。此外在內壁中間部位處還設計了一個輪框結構,此結構目的是為了最終非充氣輪胎與汽車輪輞的固定。輪胎外徑為70mm,內徑為40mm。最終通過FDM的3D打印技術一體化直接打印成型。
第三代非充氣輪胎FDM技術打印成型時3D打印參數的設置。對比第一代和第二代非充氣輪胎的3D打印參數設置,可以發現第三代非充氣輪胎打印成型過程中降低了3D打印速度,這是因為第三代非充氣輪胎在內壁處增加了一個底部懸空的輪框結構,從而在自下而上的3D過程中需要在輪框結構處先3D打印一個支撐。支撐的存在會嚴重影響輪框結構處的打印精度和打印成功率,同時支撐在第三代非充氣輪胎3D打印成型后需要去除,這又將影響輪框結構處的表面光滑度。所以為了保證第三代非充氣輪胎最終3D打印成型制品整體結構的精度和完整性,降低了3D打印速度。

輪輞安裝后的非充氣輪胎的整體結構。最終打印成型的第三代非充氣輪胎與輪輞匹配度高,同時由于輪框上均勻分布的小孔,其3D打印成型精度高,保證了輪輞安裝的牢固性。
輪輞安裝完成后,對3D打印成型的第三代非充氣輪胎進行了臺架實驗,主要測試了其三向剛度,包括徑向剛度、側向剛度、縱向剛度,第三代非充氣輪胎三向剛度測試過程圖。
通過分析測試結果,研究了第三代非充氣輪胎的整體性能。第三代非充氣輪胎的三向剛度測試曲線。圖中100%屬性仿真值、60%屬性仿真值、50%屬性仿真值所對應的曲線,分別為第三代非充氣輪胎3D打印成型時所用TPU材料性能的100%、60%、50%進行計算機模擬仿真時所得到的剛度曲線。而3D打印輪胎所對應的曲線為第三代非充氣輪胎3D打印成型制品在臺架試驗中所測得的實際三向剛度曲線。
從各圖中對比分析可以看出,第三代非充氣輪胎3D打印成型制品的實際三向剛度與100%屬性仿真所得的三向剛度相差較大,而50%屬性仿真所得的三向剛度與非充氣輪胎3D打印成型制品的實際三向剛度基本吻合。說明了采用3D打印技術進行制品的成型時會導致性能存在部分損失。
因此在對非充氣輪胎的性能模擬過程中需要適當降低材料的性能,從而才能更好的保證計算機仿真結果與3D打印非充氣輪胎的實際性能相一致。
在3000N的載荷作用下,3D打印非充氣輪胎的實際徑向剛度值為462N/mm,側向剛度值為344.4N/mm,縱向剛度值為306.1%N/mm,對比分析3D打印第三代非充氣輪胎的實際三向剛度值,其側向剛度和縱向剛度較小,徑向剛度較大。
而根據非充氣輪胎3D打印成型時所用TPU材料性能的100%進行仿真時所得的三向剛度值分別是徑向剛度值為762.1N/mm,側向剛度值為437.5N/mm,縱向剛度值為489.2N/mm。
因此可以得出在相同載荷條件下,3D打印成型的第三代非充氣輪胎實際徑向剛度為100%屬性仿真值的60.6%,實際縱向剛度為100%性能仿真值的78.7%,實際徑向剛度為100%性能仿真值的62.6%,說明了采用3D打印技術進行非充氣輪胎的成型對其性能損失較大。
當使用3D打印TPU材料性能的60%進行仿真時,所得到的三向剛度仿真值分別是徑向剛度值為560.8N/mm,側向剛度值為320.1N/mm,縱向剛度值為396.8N/mm。此時可得到3D打印非充氣輪胎實際徑向剛度達到仿真值的80.3%,實際側向剛度為仿真值的107%,實際縱向剛度為仿真值的77.1%,即通過降低非充氣輪胎3D打印成型時所用TPU材料的性能進行仿真,可以增大實際3D打印非充氣輪胎的三向剛度與計算機仿真值的吻合性。

在此基礎上,繼續減低計算機仿真時TPU材料的性能。當降低到50%的比例時,仿真所得到的三向剛度分別是徑向剛度值為473.6N/mm,側向剛度值為268.2N/mm,縱向剛度值為334.8N/mm。此時3D打印非充氣輪胎的實際三向剛度分別達到50%屬性仿真所得三向剛度的97.5%、128%、91.4%,因此,當采用TPU材料原始性能的50%進行模擬仿真時,可以保證3D打印非充氣輪胎的實際三向剛度與計算機仿真結果相吻合。
綜上所述,說明了采用FDM技術3D打印成型非充氣輪胎時,3D打印的成型方式對成型制品性能影響較大。同時在對非充氣輪胎的結構設計時,需要考慮由于3D打印技術在成型過程中所導致的制品性能的損失。
在3000N左右載荷條件下,充氣輪胎的徑向剛度值為198.09N/mm,側向剛度值為119.08N/mm,縱向剛度值為250.11N/mm。充氣輪胎的三向剛度與非充氣輪胎的三向剛度相差較大,非充氣輪胎在3000N載荷條件下各向剛度值遠大于充氣輪胎的各向剛度值。而非充氣輪胎側向剛度大,有助于提高汽車的操縱穩定性。