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突破工艺瓶颈,彰显卓越性能优势

更新时间: 2024-12-13 17:21:13  查看次数: 34    
DLP这种 3D 打印的方式,做出了没有裂纹、没有气孔,而且致密度高的氧化锆 TPMS 结构。首先呢,研究了不同的打印参数,像曝光时间、打印角度、烧结温度、清洗方式等等这些制备工艺,看看它们对测试条的三点抗弯强度有啥影响,目的是找到最佳的打印参数和制备工艺。然后,利用找出来的最佳打印参数,做出了 TPMS 结构,接着研究了陶瓷 TPMS 结构的机械性能,对它做了准静态实验的测试,研究了力学响应、吸收能、变形机制这些方面。最后,研究了不同的模型参数,比如堆叠方式、壁厚的改变对抗压强度会有啥影响,还把测试得到的值和用金属、高分子材料做出的 TPMS 结构进行了对比。
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这篇论文主要有这些结论:第一,研究了曝光时间和印刷角度对 DLP 制造技术的影响。发现陶瓷浆料在不同的曝光模式下,固化特性不一样。当弱曝光时间是 1 秒,强曝光时间是 13 秒的时候,三点弯曲强度能达到 580MPa。各层之间粘得紧,才能保证弯曲强度。固化深度会随着照明时间变长而增加,但是固化深度增加了,对三点弯曲强度并没有好的影响,而是有波动。样品在 45°的打印角度下,抗弯强度最差。这就说明 3D 打印是有方向上的差异的,做样品的时候得考虑打印角度。要想得到高强度,还得优化陶瓷材料的新工艺路线。
第二,用 DLP 技术成功地根据数学表面做出了四种陶瓷 TPMS 结构,还通过实验分析了它们的力学性能。通过改变细胞数来调整相对密度。抗压强度从大到小的顺序是 s14>IWP>gyroid>p - cell。陶瓷 TPMS 结构至少能有 2%的变形。在相对密度比较低(6.71%)的时候,gyroid 的抗压强度能达到 5.6MPa,这对实际的轻量化应用是有潜力的。在相对密度是 30.47%的时候,s14 结构的抗压强度是 105MPa。陶瓷 TPMS 结构符合(Pabst - Gregorova)指数预测。第三,对于这四种 TPMS 结构,随着壁厚增加(也就是相对密度增加),抗压强度都会增加,iwp 和 diamond 结构的力学性能差不多。在相对密度比较低的范围里,pcell 结构的形变能力更好,在相对密度比较大的范围里,iwp 和 diamond 结构的抗压强度更好。改变堆叠方式的话,X - Y 平面上单胞数量增加,模型的形变能力会变强,而 Z 轴上单胞数量增加,模型的形变能力会变弱。
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Pcell 结构在相对密度是 16%的时候,抗压强度能达到 3 - 6MPa。在相对密度是 22%左右,neovius 的抗压强度能达到 25MPa。当相对密度是 24%的时候,陶瓷 iwp 的抗压强度能达到 25MPa。当相对密度是 24%的时候,diamond 的抗压强度能达到 30MPa。和其他发泡多孔陶瓷结构相比,TPMS 的力学性能更好,和用其他材料做的 TPMS 相比,陶瓷材料做的处在中间水平。和其他细胞结构相比,TPMS 的性能更优越,所以在各种技术应用里,它是很有希望被采用的。