3D打印蜂窩結構進行了許多研究,但目前的研究往往集中在剛性或脆性材料上,它們在經歷大變形時會失效或破碎,產生較大的應力波動且無法重復利用。因此,對由不同彈性材料制作的蜂窩結構進行了重點研究。
- Dominguez-Rodriguez等借助3D打印制作了具有不同填充圖案和密度的樣品并進行單軸壓縮測試,發現結構的抗壓強度和剛度隨著密度的增加而增加,在平面外方向,填充有蜂窩狀圖案的樣品比具有矩形圖案的樣品更硬、更堅固。
- Ayrilmis等借助FDM打印了由方形、六邊形和八邊形填充的木材/PLA試樣進行拉伸、壓縮和彎曲測試,發現具有六邊形圖案的試樣具有最高的機械性能。
- Li等借助3D打印制作了具有桁架、傳統蜂窩和凹入蜂窩結構的夾層復合材料并進行壓縮和彎曲試驗,結果表明三種結構展現出不同的變形模式,且在彎曲下,凹入式蜂窩夾層具有更高的能量吸收。
- Zaharia等借助PLA/PHA和3D打印FFF制作了以蜂窩、金剛石孔和波紋芯形狀作為單元的輕質夾層結構并進行壓縮、彎曲和拉伸測試,發現金剛石蜂窩芯拓撲結構具有最高的壓縮強度和三點彎曲強度,波紋芯具有最佳的抗拉強度。

填充單元對結構的機械性能有著一定的影響。然而,最近的研究主要集中在拉伸、彎曲和壓縮強度上,很少關心結構的變形和能量吸收。而且,對于具有不同單元排列和分布的多孔蜂窩結構的研究仍然有限。
研究了在準靜態壓縮下,3D打印彈性蜂窩結構的單元形狀、材料和相對密度等對其力學性能和能量吸收影響,此外,還討論了不同蜂窩結構的變形響應行為。
我們的研究還包括具有梯度分布的多孔材料。不同于規則的多孔材料由一系列相同的孔規則分布組成,梯度多孔材料往往是由不同拓撲或大小的單元格按照一定規律組合而成。借助于多孔材料的梯度分布,我們可以對其變形和力學行為進行一定的調控。

- Duan等借助3D打印制造出不同梯度和相對密度的泡沫樣品并借助實驗和數值模擬的方法研究其動態響應,發現梯度分布在低速沖擊下顯著影響泡沫的力學性能,在高速沖擊下,梯度泡沫的沖擊端的應力明顯高于支撐端。
- Zhang等利用數值模擬研究了孔隙幾何形狀對直書寫打印支架機械性能的影響,結果提供了支架的孔隙幾何形狀和機械性能之間的定量關系,通過組裝具有不同鋪設角度的層,在單個結構中實現了梯度轉變,并證明可以通過調整鋪設角度來模擬骨軟骨組織的分層機械性能。
- Xiao等借助SLM制作了單向和雙向梯度拉脹蜂窩并進行準靜態壓縮測試,結果表明梯度分布影響著結構的壓縮應力和泊松比,單向梯度拉脹蜂窩的能量耗散較低。
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