研究人员讨论一种新的3 d打印算法

最近的一篇论文发表在杂志上加法制造证明的可行性算法使用一种新的三维(3 d)打印打印部分与面向细丝根据输入取向磁场在不同的加密。

研究:基于orientation-field算法形式自由的材料挤压。图片来源:帧资料片/ Shutterstock.com

背景

加法制造(AM) / 3 d打印技术基于材料挤压原理,如熔丝加工(FFF),在多个行业广泛使用。法国足协工作原理包括加热和挤压热塑性纤维沿着一个固定的路径,然后叠加layer-wise的方式制造。

尽管FFF是一个合适的技术来制造高度复杂的设计,因为它提供了前所未有的设计自由,不是首选方法功能组件的制造。

切片软件中使用是编造的部分通过精确控制所需的表面密度和质量不同的印刷参数,如加密百分比,挤压宽度、层高度、流量、和印刷速度。然而,所需的软件不允许的最大设计自由在FFF-like技术。

因此,改进了利用有限的能力FFF自由存款细丝。FFF诱发机械制造组件中的各向异性的平面取向丝部署。因此,调整丝方向裁剪可以产生优越的结构性能的力学性能在几个方向。

然而,切片软件只能提供的预定义的灯丝模式层切片的计算机辅助设计(CAD)模型和不考虑任何取向信息可能造成的拓扑优化过程或恢复从磁共振成像获得的数据或计算机断层扫描。

直到现在,这种情况下使用近似技术得到解决。然而,这些过程繁琐,费时,而且不是完全有效的。数量有限的研究利用机械各向异性FFF印刷部分通过定制的灯丝位置。

例如,压力线(大满贯)方法提出了一项研究,利用主应力方向生成曲线被丝路径。同样,体积沉积路径生成(VDPG)取决于流线位置沉积路径生成算法,提出了从任意方向。

这项研究

在这项研究中,研究人员开发了一种新算法,可以自由存款丝沿任意方向领域,充分利用法国足协技术的潜力。该算法可以在大部分的设计要求和过程因素约束通常被认为是在商业切片软件并提供一个现成的几何代码(刀位点)作为输出。

一组二维(2 d)位置指示的几何边界定于印刷一部分,一个方向场告知材料的取向在加密域离散点集,和一个2 d位置设置作为种子点本算法中使用的一个输入CAD模型。

此外,该算法还考虑其他参数与设计相关的维度和轨迹灯丝,包括收缩长度、纤维直径、喷嘴印刷速度、喷嘴旅行速度、层数、最小间距丝(g_p)、层高度和挤压宽度(w)。

MATLAB R2019b被用来开发整个算法框架由三个主要步骤,包括简化生成、密度控制、路径连接,和刀位点的一代。

三个结构性问题,指定为案例,案例B, C和案例,提出了验证该算法。所有问题都是由相应的几何图形。案例是由一个裸眼井板受拉伸载荷、案例B的弯曲板,由一个五孔板和案例C受到拉伸载荷。

算法的输入是通过有限元分析(FEA)的结构性问题。商业软件Ansys,被用来进行有限元分析。3正常A4v3机关系基于修改MK4duo固件用于3 d打印的几何图形。

机器由加热室和295 x 295 x 200毫米建立体积。另外,这个打印机的挤出机可以达到390年的最高温度^oC,而构建板可以达到120^oC的温度。

观察

最初,生产各种加密算法的性能评估。最大的加密大约是90%在所有情况下为-0.05毫米g_p。此外,该算法要求51分钟,18分钟和30分钟获取轨迹解案例C, B,,,分别时所需的时间打印对应的几何图形的案例C, B, 107分钟,66分钟,分别和58分钟。

然而,纤维方向改变了他们的每一点,容易开发intra-layer孔隙后,他们一个方向。这些空间不能完全使用常量宽丝,导致减少印刷部分的区域范围。

此外,该算法消耗几分钟丝轨迹计算与即时搜索结果由切片软件。因此,需要更多的研究来提高算法的计算效率通过并行化技术。

该算法允许完全自由裁剪FFF印刷部分的属性根据所需的力学性能。研究人员通过实验验证了inter-filament间距条件设置部分和maximum-filled部分。

最初,灯丝中心线的距离maximum-filled裸眼井与-0.05毫米板g_p和0.5毫米w测量。密集的中心线之间的距离三双丝填充区域测量0.46毫米,0.48毫米和0.45毫米。所有测量中心线的距离等于或大于w + g_p/ 0.45毫米。

因此,坚持间隔的距离条件密度控制实施的步骤。类似的结果也获得了partially-filed部分笔迹叠层顺序,中心线距离的测量值都大于w + g_p。

种子点的影响效率和区域范围确定种子点的数量分散在整个加密领域中扮演着一个关键的角色在丝轨迹计算。越来越多的种子点生成的流线的数量增加,增加了计算的努力在密度控制部分。增加计算工作量增加了总体计算时间。

尽管最初区域范围扩大,越来越多的种子点,后来对三例病例聚集作为一个固定数量的细丝只能被放置在加密域w和g的每一个值_p。因此,增加种子点是无效的,不利影响区域范围的计算效率,一旦被聚合为每一个案件。

结论

总而言之,这项研究的结果表明,该算法可以存款丝准确地通过控制纤维取向与输入取向磁场线。流线生成从种子点分布在整个设计领域。

一个单独的密度控制步骤是用来消除流线,违反了间距约束和选择连续流线作为灯丝的轨迹。虽然方法是计算昂贵,它减少了不连续和提供更好的控制设计方案。

该算法有效地促进印刷设计各向异性结构。细丝可以直接印刷与规定方向设计的解决方案,这是专门为印刷纤维增强有益的变刚度(VS)通过连续纤维复合材料制造(CFF)过程。

此外,该算法可用于生产效率和定制受到结构和打印玩具、艺术、食物、和其他消费产品,传统印刷策略是无效的。

从AZoM:聚合物带可以用来清理石油泄漏?

源

基于V。马可尼,S。Auricchio F。等。(2022)基于orientation-field算法形式自由的材料挤压。加法制造。https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103064

免责声明:这里的观点是作者表达他们的私人能力,不一定代表AZoM.com T /有限的观点AZoNetwork这个网站的所有者和经营者。这个声明的一部分条款和条件本网站的使用。