3 principais coisas aprendidas sobre propriedades mecânicas de estruturas de treliça fabricadas aditivamente

Um estudo recente conduzido por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign mostra que o sucesso de uma peça fabricada aditivamente depende do sucesso da construção.

Com os avanços recentes, a manufatura aditiva (AM) permitiu velocidades de produção rápidas, alta resolução espacial e materiais resistentes – mas a liberdade de projeto que oferece para materiais de estrutura arquitetada pode ser vista como um de seus benefícios mais atraentes.

Compreender as propriedades mecânicas das estruturas treliçadas desempenha um papel fundamental no desbloqueio do potencial da AM. Como o estudo mostra, a impressão 3D não é tão fácil quanto conectar uma máquina e clicar em “imprimir”. As peças feitas com design de treliça e tecnologia aditiva são tão boas, se não às vezes melhores, do que as peças feitas com processos tradicionais - mas é preciso engenharia e experiência em manufatura aditiva para garantir a escalabilidade e a confiabilidade dessas peças.

Recentemente, a Fast Radius colaborou com a Universidade de Illinois para determinar se as peças da rede AM poderiam ser feitas repetidamente e em escala. Com o objetivo de entender as verdadeiras capacidades da fabricação de treliças, este estudo envolveu a fabricação de mais de 50 peças usando quatro tipos diferentes de design de treliça e três materiais diferentes para testar sua resistência e integridade. A Fast Radius forneceu a experiência em engenharia de fabricação e a capacidade de fabricação para apoiar esta pesquisa. Este é o maior estudo já publicado que testa e valida estruturas de treliça fabricadas aditivamente.

Todo o estudo está repleto de dados e insights importantes, mas houve três descobertas principais para engenheiros e designers observarem. Essas descobertas estão relacionadas à precisão das peças AM, ao comportamento mecânico das propriedades da rede e à necessidade de análise de falhas.

1) As estruturas de treliça feitas em equipamentos de manufatura aditiva de grau de produção são altamente precisas.

Cada uma das 50 peças fabricadas tinha centenas de características geométricas individuais. A equipe usou tecnologia de escaneamento sofisticada para medir mais de 1.600 recursos nessas peças para garantir sua precisão.

A descoberta: As medições dessas peças impressas mostraram que sua precisão atendeu aos padrões industriais. Isso reforça a ideia de que as treliças fabricadas aditivamente são repetíveis e capazes de escalar para produção de nível industrial.

2) As propriedades mecânicas das peças AM se comportam de forma previsível.

Para garantir que as peças projetadas usando treliças pudessem atender aos requisitos de projeto, as propriedades mecânicas foram testadas e medidas, incluindo a rigidez e a resistência das peças.

A descoberta: Em geral, as peças testadas se comportaram de maneira esperada com base na teoria e previsão de engenharia. Em alguns casos, certas partes eram mais fracas em até sete por cento. Ao compreender essas características únicas das peças impressas, os projetistas podem personalizar geometrias de peças que levem em conta as variáveis ​​do processo, como orientação e suporte da peça.

3) A análise de falhas é uma parte crítica do projeto para AM.

Quando peças específicas falhavam, a equipe conseguia analisar como e por que a peça falhava. Diferentes mecanismos de falha foram encontrados em jogo, e as falhas específicas dependem da geometria, orientação e propriedades do material.

A descoberta: A resistência mecânica de uma peça treliçada depende do mecanismo de falha específico de cada peça. Quando os mecanismos de falha são compreendidos, os engenheiros são capazes de selecionar os projetos de rede de acordo.

Compreender a força do design de treliça é o primeiro passo para desbloquear novas oportunidades com manufatura aditiva. Leia nosso artigo, "Noções básicas sobre treliças impressas em 3D:considerações de desempenho e design" para começar a implementar o design de treliça em seus próprios projetos.

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