增材制造的表面基穿孔晶格结构的准静态压缩行为

《Polymer Engineering & Science》：Quasi-Static Compression Behavior of Additively Manufactured Surface-Based Perforated Lattice Structure

镂空格结构在航空自动化中的应用研究。采用FDM制造横向（X-1）、纵向（Y-1）及组合镂空结构，通过单轴压缩测试发现X-1结构峰值应力4.43MPa，能量吸收1864kJ/m3，泊松比仅0.05，层叠失效机制显著提升吸能能力。研究证实表面镂空设计可优化力学性能。

　　

摘要

近年来，穿孔晶格结构因其前所未有的机械性能以及在航空航天和自动化领域的广泛应用前景而成为研究热点。然而，以往的研究主要集中在三周期最小表面或开口单元晶格结构上。在这项研究中，我们提出了一种基于表面的穿孔晶格结构设计新方法。这些晶格结构分别沿X轴、Y轴进行侧向或轴向穿孔，或者同时采用这两种方式。样品采用熔融沉积建模（FDM）技术制造。通过单轴静态压缩试验测定了其机械性能。在所有穿孔晶格结构中，X-1结构的初始峰值应力最高（4.43 MPa），能量吸收值也最高（1864 kJ/m3），同时由于穿孔几何形状的影响，其泊松比最低（0.05）。变形机制表明结构失效是逐层发生的。总体而言，这种基于表面的晶格结构可以在一定程度上牺牲机械性能来降低泊松比。其中，水平椭圆形穿孔（X-1）在保持机械性能方面的损失最小。