3D打印模型的有限元分析和壓縮測試

來源：增材之光

研究人員在“通過壓縮試驗對3D打印模型進(jìn)行有限元分析”中深入研究復(fù)雜的分析和測試。在這項研究中，研究人員使用有限元分析工具對3D打印部件進(jìn)行模擬和測試，重點放在在樣本模型上試驗“特定的強制條件”，采用一種策略，允許對部件進(jìn)行更快、更經(jīng)濟(jì)的評估。

FEA允許研究人員（最終制造商）證明通過其他方法創(chuàng)建的各種不同的原型，但現(xiàn)在重點放在以多種不同材料打印的部件上，包括ABS、PLA等。選擇方塊樣本進(jìn)行研究，因為有可能提高表面應(yīng)力的準(zhǔn)確性和分布，目的是讓工程師最終能夠“信任”3D打印對象的有限元法。

一些3D打印材料的屬性。

壓縮測試包括將3D打印樣本標(biāo)記為各向同性或各向異性，重點是避免各向異性和層間空隙。在檢查樣品時，研究人員能夠看到FDM 3D打印部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及密度的評估。進(jìn)行了實驗和計算測試。

（左）15%質(zhì)量的ABS原型，（右）85%質(zhì)量的ABS原型

“使用Autodesk Inventor獲得的結(jié)果與實驗測試結(jié)果進(jìn)行比較。箭頭表示負(fù)載施加到負(fù)載軸的方向。水平軸，即打印對象的原始軸，表示從上方軸向分布的載荷，相對于層的顆粒，垂直軸代表從試樣側(cè)面向?qū)宇w粒施加的軸向荷載?！?br />
有限元分析以所使用的材料和技術(shù)以及設(shè)計為中心，研究人員指出，根據(jù)所使用的模擬軟件，這可能有所不同。多孔性和粘附性都是問題。研究人員繼續(xù)注意到，實驗結(jié)果和模擬結(jié)果之間也存在著“巨大的差異”，試樣的硬度比實驗樣品高出50%。

（左）施加載荷前，（右）施加載荷后

在注意到樣品在水平/垂直載荷下表現(xiàn)不佳的情況下，研究人員意識到3D打印塊樣品是各向異性的。填充模擬結(jié)果和實驗結(jié)果也大不相同，因為Autodesk設(shè)計和模擬被視為實體（而非多孔）對象；事實上，在某些情況下，樣本根本不相似。

實際測試結(jié)果

在觀察樣品（或功能部件）時，評估以下內(nèi)容至關(guān)重要：
適用范圍
使用環(huán)境
特定軸上的操作相關(guān)應(yīng)力

研究人員總結(jié)說：“從這項研究中獲得的不同材料在兩個不同分層軸上的不同載荷下得到的結(jié)果顯示出抗壓強度的巨大變化。這確定了3D部件的設(shè)計在很大程度上取決于部件的應(yīng)用?！?br />
雖然3D打印提供了廣泛的優(yōu)勢，但與更傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相比，能夠隨意編輯設(shè)計和創(chuàng)建一個又一個迭代是最大的優(yōu)點之一。今天的研究人員正在進(jìn)行許多不同類型的可行性研究，介紹新工作流程功能的方法以及有關(guān)成本分析的更多信息。

使用Autodesk Inventor軟件，ABS塑料的最大位移為12200N