固定结构拉胀晶格的力学性能：九种材料/工艺变体的比较研究

《Materials》：Beyond Poisson’s Ratio: Material–Process Performance of Additively Manufactured Auxetic Lattices

　　

摘要

拉胀晶格通常通过几何结构进行定制，而固定结构下组成材料和制造工艺的影响却很少受到重复的实验研究。本研究将一种内凹晶格设计制成九种材料/工艺变体，并在准静态拉伸条件下进行测试（每种变体10个试样，N = 90）：聚乳酸（PLA）、增韧改性聚乳酸、乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA）、通过熔融沉积成型（FDM）制备的UltraT和Flex 3D，以及通过FDM和选择性激光烧结（SLS）制备的聚酰胺12（PA12）。最大力F_max、峰值载荷时的横梁位移u(F_max)、归档的结构刚度k以及达到14 mm位移时的机械功W₁₄均强烈依赖于变体类型（p < 0.001；Kruskal–Wallis ε² = 0.908–0.942）。PLA达到最高的平均F_max（68.48 ± 2.40 N），而PETG累积最高的平均W₁₄（622.80 ± 28.03 N mm），比PLA高7.9%（95%同时置信区间1.2–14.5%），尽管其F_max低4.3%。SLS PA12在F_max上比FDM PA12高11.0%，在W₁₄上高21.9%。W₁₄排名基于14 mm位移极限，k被解释为归档描述符。先前处理的光学测量给出八种变体的有效泊松比为?1.043至?1.052；这些数值以描述性方式报告，线性有限元模型说明了拉胀机制。因此，在拉胀晶格的材料选择中，力、峰值载荷位移和机械功应作为泊松比的补充。