3D打印蜂窝结构力学性能的影响研究

3D打印蜂窝结构进行了许多研究，但目前的研究往往集中在刚性或脆性材料上，它们在经历大变形时会失效或破碎，产生较大的应力波动且无法重复利用。因此，对由不同弹性材料制作的蜂窝结构进行了重点研究。

• Dominguez-Rodriguez等借助3D打印制作了具有不同填充图案和密度的样品并进行单轴压缩测试，发现结构的抗压强度和刚度随着密度的增加而增加，在平面外方向，填充有蜂窝状图案的样品比具有矩形图案的样品更硬、更坚固。
• Ayrilmis等借助FDM打印了由方形、六边形和八边形填充的木材/PLA试样进行拉伸、压缩和弯曲测试，发现具有六边形图案的试样具有最高的机械性能。
• Li等借助3D打印制作了具有桁架、传统蜂窝和凹入蜂窝结构的夹层复合材料并进行压缩和弯曲试验，结果表明三种结构展现出不同的变形模式，且在弯曲下，凹入式蜂窝夹层具有更高的能量吸收。
• Zaharia等借助PLA/PHA和3D打印FFF制作了以蜂窝、金刚石孔和波纹芯形状作为单元的轻质夹层结构并进行压缩、弯曲和拉伸测试，发现金刚石蜂窝芯拓扑结构具有最高的压缩强度和三点弯曲强度，波纹芯具有最佳的抗拉强度。

填充单元对结构的机械性能有着一定的影响。然而，最近的研究主要集中在拉伸、弯曲和压缩强度上，很少关心结构的变形和能量吸收。而且，对于具有不同单元排列和分布的多孔蜂窝结构的研究仍然有限。

研究了在准静态压缩下，3D打印弹性蜂窝结构的单元形状、材料和相对密度等对其力学性能和能量吸收影响，此外，还讨论了不同蜂窝结构的变形响应行为。

我们的研究还包括具有梯度分布的多孔材料。不同于规则的多孔材料由一系列相同的孔规则分布组成，梯度多孔材料往往是由不同拓扑或大小的单元格按照一定规律组合而成。借助于多孔材料的梯度分布，我们可以对其变形和力学行为进行一定的调控。

• 
  
• Duan等借助3D打印制造出不同梯度和相对密度的泡沫样品并借助实验和数值模拟的方法研究其动态响应，发现梯度分布在低速冲击下显著影响泡沫的力学性能，在高速冲击下，梯度泡沫的冲击端的应力明显高于支撑端。
• Zhang等利用数值模拟研究了孔隙几何形状对直书写打印支架机械性能的影响，结果提供了支架的孔隙几何形状和机械性能之间的定量关系，通过组装具有不同铺设角度的层，在单个结构中实现了梯度转变，并证明可以通过调整铺设角度来模拟骨软骨组织的分层机械性能。
• Xiao等借助SLM制作了单向和双向梯度拉胀蜂窝并进行准静态压缩测试，结果表明梯度分布影响着结构的压缩应力和泊松比，单向梯度拉胀蜂窝的能量耗散较低。

上一篇：3D打印弹性蜂窝结构力学响应与吸能性能研究
下一篇：3D打印在蜂窝结构制造中的潜力与应用