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3D打印蜂窝结构自由设计与精准制造

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-10-18 17:30:48 浏览次数:0
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3D打印往往可以克服上述限制,其具有高度的几何设计自由且能精确控制微体系结构的尺寸和精度,从而将任意几何形状从想象变为现实。另外,借助于逐层堆积的打印方式,3D打印产生的废料更少,提高了材料利用率。

金属蜂窝结构制造的打印方法有选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)等;用于非金属蜂窝结构制造的有直书写打印(DIW)、熔融挤出成型(FDM)、墨水喷射打印(PolyJet)等。

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选择性激光烧结通常是以金属或陶瓷粉末为材料,激光为能源进行逐层烧结来制作蜂窝结构。选择性激光熔融与之具有相似的原理,但其需要更大的功率来熔化粉末。Xu等借助选择性激光烧结(SLS)制作了由桁架加固形成的蜂窝结构,研究了其平面外压缩性能和能量吸收能力。在这样的制造工艺中,结构的质量往往与激光功率、扫描间距和速度、铺层厚度等有关。

打印是一种通过油墨挤出以逐层堆积成所需结构的3D打印技术。其材料往往具有剪切稀化特性,包括水凝胶,陶瓷和粘弹性聚合物。它可以在常温下进行蜂窝结构的打印,且通过改变油墨的性能又可以赋予这些结构不同的功能,如导电、电磁屏蔽。Muth等借助配置的陶瓷油墨打印出具有不同微观结构、变形模式和特殊比刚度的蜂窝结构。在这样的打印工艺中,结构的质量往往受到打印气压、打印速度和提针高度等的影响。

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打印一样,熔融挤出成型(FDM)也是一种基于材料挤出的3D打印技术。所不同的是,FDM所使用的材料以丝状供应,常用的有TPU、ABS等;且FDM需要先将材料在喷嘴内熔化才可进行打印。Choudhry等借助熔融挤出成型制作了具有不同支柱长度和接头角度的拉胀蜂窝,并评估了其吸能性。此时,结构的质量往往与打印温度、打印速度和填充密度等有关。

3D打印除了可以制造出上述规则的蜂窝结构外,其还可以制作出包含多种材料或集成多个单元类型的结构。Chen等使用双喷头的DIW将多种材料打印到同一个立方结构中,使得上下两部分具有不同的机械强度;Xu等借助SLM打印了由传统蜂窝和拉胀蜂窝组成的混合蜂窝并探究了其面内压缩响应。3D打印的这种灵活性有利于我们实现复杂蜂窝的设计。


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