Nghiên cứu cơ tính vật liệu cấu trúc lưới cho công nghệ in 3D bằng phương pháp phần tử hữu hạn

##plugins.themes.academic_pro.article.main##

Author

  • Hoàng Trọng Hiếu
    Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Nguyễn Văn Thiên Ân
    Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Nguyễn Công Hành
    Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Nguyễn Đình Sơn
    Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam

Từ khóa:

Vật liệu cấu trúc lưới
in 3D
mô phỏng
phần tử hữu hạn
gia công đắp lắp lớp

Tóm tắt

Một trong những ứng dụng chính của công nghệ gia công đắp lớp là chế tạo các cấu trúc lưới, là các cấu trúc có trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Tuy nhiên, việc mô phỏng các cấu trúc lưới để đánh giá các tính chất cơ học của chúng là một thách thức, vì nó đòi hỏi nhiều thời gian tính toán và bộ nhớ. Bài báo này giới thiệu một phương pháp mới để tự động tạo mô hình hình học của các cấu trúc lưới trong môi trường thiết kế hỗ trợ bằng máy tính (CAD-Computer Aided Design). Mô hình này sau đó được sử dụng để mô phỏng bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEA-Finite Element Analysis) nhằm kiểm tra các tính chất cơ học của từng cấu hình của cấu trúc lưới. Phương pháp này được áp dụng để mô phỏng các cấu trúc lưới có các hình dạng và kích thước khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này có thể được sử dụng để đánh giá chính xác các tính chất cơ học của các cấu trúc lưới.

Tài liệu tham khảo

    [1] Plocher and A. Panesar, "Review on design and structural optimisation in additive manufacturing: Towards next-generation lightweight structures", Materials & Design, vol. 183, p. 108164, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108164.
    [2] Gibson, D. Rosen, and B. Stucker, Additive manufacturing technologies, Springer, 2015, 10.1007/978-1-4939-2113-3.
    [3] Jagadeesh, M. Duraiselvam, K. G. Prashanth, "Deformation behavior of metallic lattice structures with symmetrical gradients of porosity manufactured by metal additive manufacturing", Vacuum, vol. 211,
    p. 111955, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.111955.
    [4] Yu, Z. Wang, W. Fu, Z. Yu, Y. Wang, Y. Zhao, and J. Zhao, "Compression performances and damage mechanisms of Al2O3 ceramic lattices fabricated by additive manufacturing: Imitating metal crystal structures", Ceramics International, vol. 49, no. 1, pp. 1419-1435, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.09.123.
    [5] Dixit, E. Al-Hajri, M. C. Paul, P. Nithiarasu, and S. Kumar, "High performance, microarchitected, compact heat exchanger enabled by 3D printing", Applied Thermal Engineering, vol. 210, p. 118339, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118339.
    [6] Kaur, S. Mujahid, Y. Paudel, H. Rhee, and P. Singh, "Numerical Analysis of Flow and Heat Transfer Characteristics of Lattice-Based Compact Heat Sinks", Journal of Electronic Packaging, vol. 145, no. 3, pp. 1-18, 2022. DOI: 10.1115/1.4056305.
    [7] Shahrzadi, M. Davazdah Emami, and A. H. Akbarzadeh, "Heat transfer in BCC lattice materials: Conduction, convection, and radiation", Composite Structures, vol. 284, p.115159, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.115159.
    [8] A. Tyagi and M. Manjaia, "Additive manufacturing of titanium-based lattice structures for medical applications – A review", Bioprinting, vol. 30, e00267, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bprint.2023.e00267.
    [9] Yue, J. Shang, M. Zhang, B. Hur, and X. Ma, "Additive manufacturing of high porosity magnesium scaffolds with lattice structure and random structure", Materials Science and Engineering: A, vol. 859, p. 144167, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144167.
    [10] Nazir, K. M. Abate, A. Kumar, and J.-Y. Jeng, "A state-of-the-art review on types, design, optimization, and additive manufacturing of cellular structures", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 104, no. 9, pp. 3489-3510, 2019. DOI: 10.1007/s00170-019-04085-3.
    [11] W. Rosen, "Computer-Aided Design for Additive Manufacturing of Cellular Structures", Computer-Aided Design and Applications, vol. 4, no. 5, pp. 585-594, 2007. DOI: 10.1080/16864360.2007.10738493.
    [12] Chu, G. Graf, and D. W. Rosen, "Design for Additive Manufacturing of Cellular Structures", Computer-Aided Design and Applications, vol. 5, no. 5, pp. 686-696, 2008. DOI: 10.3722/cadaps.2008.686-696.
    [13] H. Azman, F. Vignat, F. Villeneuve, and D. S. Nguyen, "Creation of lattice structures with skeleton model for additive manufacturing", International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), vol. 15, no. 4, pp. 381-396, 2021. DOI: 10.1007/s12008-021-00767-z.
    [14] Lebaal, Y. Zhang, F. Demoly, S. Roth, S. Gomes, and A. Bernard, "Optimised lattice structure configuration for additive manufacturing", CIRP Annals, vol. 68, no. 1, pp. 117-120, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2019.04.054.
    [15] Guo, A. Takezawa, M. Honda, C. Kawamura, and M. Kitamura, "Finite element simulation of the compressive response of additively manufactured lattice structures with large diameters", Computational Materials Science, vol. 175, p.109610, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109610.
    [16] Li, R. Qin, B. Chen, and J. Zhou, "Analysis of mechanical properties of lattice structures with stochastic geometric defects in additive manufacturing", Materials Science and Engineering: A, vol. 822, p. 141666, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141666.
    [17] S. Nguyen, "Design of lattice structure for additive manufacturing in CAD environment", Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, vol. 13, no. 3, JAMDSM0057-JAMDSM0057, 2019. DOI: 10.1299/jamdsm.2019jamdsm0057.
    [18] S. Nguyen and F. Vignat, "A method to generate lattice structure for Additive Manufacturing", in 2016 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2016, pp. 966-970, DOI: 10.1109/IEEM.2016.7798021.
    [19] W. Abueidda, M. Elhebeary, C.-S. Shiang, S. Pang, R. K. Abu Al-Rub, and I. M. Jasiuk, "Mechanical properties of 3D printed polymeric Gyroid cellular structures: Experimental and finite element study", Materials & Design, vol. 165, 107597, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107597.
    [20] Geng, Y. Lu, C. Liu, W. Li, and Z. Yue, "Fracture characteristic analysis of cellular lattice structures under tensile load", International Journal of Solids and Structures, vol. 163, pp.170-177, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2019.01.006.
    [21] S. Abdulhadi and A. Mian, "Effect of strut length and orientation on elastic mechanical response of modified body-centered cubic lattice structures", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, vol 233, no. 11, p.1464420719841084, 2019. DOI: 10.1177/1464420719841084.
    [22] Chen, X. Zheng, and S. Liu, "Finite-Element-Mesh Based Method for Modeling and Optimization of Lattice Structures for Additive Manufacturing", Materials, vol. 11, no. 11, p. 2073, 2018. DOI: 10.3390/ma11112073.
    [23] M. Helou and S. Kara, "Design, analysis and manufacturing of lattice structures: an overview", International Journal of Computer Integrated Manufacturing, vol. 31, no. 3, pp. 243-261, 2018. DOI: 10.1080/0951192X.2017.1407456.
Xem thêm

##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##

Đã Xuất bản

Sep 30, 2023
Download
PDF
Cách trích dẫn
Hoàng Trọng Hiếu, Nguyễn Văn Thiên Ân, Nguyễn Công Hành, và Nguyễn Đình Sơn. “Nghiên cứu Cơ tính vật liệu cấu trúc lưới Cho công nghệ in 3D bằng phương pháp phần tử hữu hạn”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 21, số p.h 9.1, Tháng Chín 2023, tr 25-31, https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/8713.

##plugins.themes.academic_pro.article.details##