Tiểu luận thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh

- Tiểu luận môn “Thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh” tập trung trình bày vềquy trình thiết kế ngược cho công nghệ bồi đắp vật liệu (in 3D) và đặc tính cơhọc của Ti6Al4V và cấu trúc mạng tinh thể của AlSi12Mg được chế tạo bởithiêu kết laser kim loại trực tiếp.
- Đặc tính cơ học của Ti6Al4V và cấu trúc mạng tinh thể của AlSi12Mg đượcchế tạo bởi thiêu kết laser kim loại trực tiếp Cấu trúc mạng Mạng tinh thể được sản xuất bằng tia laser Khả năng sản xuất nung chảy laser có chọn lọc Xác định các thông số nóng chảy laser chọn lọc Các thông số xử lý nóng chảy bằng laser có chọn lọc cho Ti6Al4V và AlSi12Mg Khả năng sản xuất thanh chống lưới Mục tiêu chế tạo và thử nghiệm mẫu lưới Độ trung thực hình học của mạng tinh thể Kết quả thử nghiệm nén Kết quả phân tích nén mẫu tinh thể Ti6Al4V Kết quả thử nghiệm nén đối với AlSi12Mg mẫu mạng tinh thể Hành vi biến dạng và các chế độ hỏng hóc Kết luận DANH MỤC HÌNH ẢN 3Hình 1.
- Phản ứng ứng suất - sức căng của cấu trúc mạng kích thước tế bàoTi6Al4V 3-mm cho 103 ô mẫu vật.
- Phản ứng ứng suất - sức căng của cấu trúc mạng kích thước tế bàoTi6Al4V 2-mm cho 103 ô mẫu vật.
- Mô đun tương đối của Ti6Al4V (2% biến dạng) (a) và cường độ néntương đối (b) so với mật độ tương đối đối với các mẫu tế bào mạng tinh thểđược thử nghiệm, bao gồm cả xu hướng quan sát được và xu hướng điển hìnhđối với cấu trúc tế bào chi phối uốn và duỗi Hình 17.
- Mô đun Young, s và 2% được tính trung bình trên tất cả các mẫuTi6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước tế bào được chỉ định.
- (c) Cường độ nén cụ thể được tính trung bình trên tấtcả các mẫu Ti6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước ô được chỉ định Hình 20.
- Mô đun tương đối và cường độ nén tương đối so với mật độ tương đốiđối với đã thử nghiệm các mẫu tế bào mạng tinh thể AlSi12Mg, bao gồm các xuhướng điển hình để uốn- và kéo cấu trúc tế bào chi phối.
- Số Maxwell cho các cấu trúc mạng ứng viên ô đơn vị Bảng 2.
- Ở dạng đơn giảnnhất, một phần mềm thiết kế CAD có thể được sử dụng để đo lường tính năngvà sau đó tái tạo chúng dưới dạng mô hình CAD 3D.
- Thiết kế ngược sử dụng các phép đo để thu thập dữ liệu hình học 3D vàvận dụng phần mềm chuyên dụng để biến dữ liệu đó thành thông tin có thể sửdụng được.
- Thông tin này có thể được sử dụng để xây dựng mô hình 3D mà banđầu chúng không tồn tại.
- Hoặc cách khác, thiết kế ngược có thể được sử dụngđể kiểm tra chi tiết in 3D.
- Quy trình thiết kế ngược có thể được chia thành hai bước cơ bản: đo lườngvà xử lý.
- Các phép đo này có thểcó cấu trúc (dựa trên tính năng) hoặc ngẫu nhiên hơn về bản chất (dữ liệu quétđám mây điểm).
- Các phép đo có cấu trúc được hiểu rõ và hoạt động tốt với cácbộ phận dựa trên tính năng, như một khối, có thể được xác định đầy đủ bằng baphép đo chiều dài.
- 1.3.1 Loại dữ liệu Dữ liệu đo lường có thể được thu thập ở một số hình thức khác nhau tùythuộc vào đo lường được sử dụng và các yêu cầu ứng dụng.
- Mặc dùcó thể thu được nhiều điểm với quá trình này, nhưng nó thường được sử dụngđể thiết lập hệ tọa độ khối lượng lớn và điểm có cấu trúc mây được sử dụng kếthợp với hệ thống ánh sáng có cấu trúc.
- 14 (b) Ánh sáng có cấu trúc - Quá trình này sử dụng phương pháp tam giác vàphương pháp bắt sóng điểm trong không gian 3D.
- (i) Các mẫu đốm có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu rất nhanh, nhưngmật độ dữ liệu và độ chính xác bị hạn chế.
- Điều này giới hạn các hệ thống này ở những bộ phận có thể ổnđịnh tốt.
- Các hệ thống này có thể được cầm tay hoặc tự động.
- Nếu kích thước của một một phần vượt quágiới hạn thu thập dữ liệu của một phép đo cụ thể, sau đó là một thực hành đượcgọi là "Leap Frog" có thể được sử dụng để mở rộng khối lượng thu thập dữliệu.
- Kết hợp các phép đo có thể nâng cao độ chính xác của các bộ phận rấtlớn.
- Máy theo dõi laser và phép đo quang có thể được được sử dụng để đánh giáchính xác các tính năng hoặc mục tiêu trên một phần lớn.
- Đặc tính bề mặt của một bộ phận có thể ảnh hưởng đến kết quả thu thập dữliệu tùy thuộc về phép đo đang được sử dụng.
- Một bộ phận có nhiều màu sắc có thể kết quả trong các bước nhân tạolà dữ liệu.
- Đối với kỹ thuật đảo ngược, giải pháp có thể được nghĩ đến làmật độ của các điểm được sử dụng để mô tả một bộ phận hoặc mô hình.
- Hậu xử lý baogồm giảm các tập dữ liệu đã thu thập thành dữ liệu hữu dụng có thể được sửdụng bởi in 3D.
- Sử dụng gói phầnmềm kỹ thuật thiết kế ngược người dùng có thể kiểm tra lỗi giữa dữ liệu đượcthu thập và kết quả là mô hình rắn.
- 1.6 Kiểm tra chi tiết in 3D Đối với việc kiểm tra chi tiết, dữ liệu thu thập được có thể được sử dụng đểkiểm tra bộ phận mô hình hiện có hoặc dữ liệu được thu thập cho phần thứhai.
- Với lựa chọn đo lườngthích hợp và kế hoạch đo lường xác định, thu thập dữ liệu có thể được tiếnhành.
- Đặc tính cơ học của Ti6Al4V và cấu trúc mạng tinh thể củaAlSi12Mg được chế tạo bởi thiêu kết laser kim loại trực tiếp Vật liệu xốp cung cấp các đặc điểm chức năng độc đáo, cho phép tự dothiết kế vượt quá khả năng của vật liệu rắn.
- 2.1 Cấu trúc mạng Các tính chất cơ học của cấu trúc mạng tinh thể, cụ thể là cường độ nén vàmô đun, phụ thuộc vào các yếu tố như cấu trúc liên kết tế bào, thông số hìnhhọc, tính chất vật liệu, ranh giới kết cấu và điều kiện tải và tương đối mật độ (ρ/ρs ) của mật độ mạng tinh thể (ρ) đến mật độ vật chất rắn (ρs.
- Các tính chất cơhọc đặc biệt bị ảnh hưởng bởi liệu cấu trúc liên kết tế bào trong một phản ứngtải của các thanh chống mạng tinh thể bị chi phối bởi kéo hoặc uốn.
- Số Maxwell cho các cấu trúc mạng ứng viên ô đơn vị 28 2.2 Mạng tinh thể được sản xuất bằng tia laser Các nghiên cứu trước đây đã đánh giá khả năng sản xuất và các đặc tính cơhọc của cấu trúc mạng do SLM sản xuất.
- Những nghiên cứu này thường dànhcho thép không gỉ và cấu trúc mạng tinh thể titan, như được tóm tắt dướiđây.
- Rehme và Emmelman [24] đã đánh giá khả năng sản xuất SLM và khảnăng nén sức mạnh của các cấu trúc liên kết tế bào mạng tinh thể khác nhau ởcác đường kính thanh chống khác nhau và kích thước ô trong thép không gỉDIN 1.4404/ASTM 316L.
- Khả năng sản xuất được đánh giá theo chỉ số tỷ lệco , được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều dài cạnh ô trên đường kính thanh chống.Tỷ lệ co có thể điều chỉnh được tìm thấy thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc liên kếttế bào và dao động từ 3,36 đối với tế bào mật độ tương đối thấp đến 22,9 đốivới tế bào mật độ cao.
- Công việc đề xuất rằng khả năng sản xuất cao hơn đốivới các cấu trúc liên kết tế bào với chiều dài nhịp thanh chống ngắn hơn.
- Dự kiến rằng độ đồng đều thấp như vậy có thể lan truyền đến sự biếnđổi ngẫu nhiên trong các đặc tính cơ học của các mẫu thử nghiệm.
- Brenne vàcộng sự đã nghiên cứu phản ứng của mạng tinh thể Ti6Al4V BCC do SLM sảnxuất các cấu trúc chịu tải trọng nén gần như tĩnh và theo chu kỳ để chế tạo và ủđiều kiện nhiệt luyện.
- Thử nghiệm nén đã được thực hiện ra trên10 mẫu vật 3 tế bào hình khối có kích thước ô đơn (2 mm), cấu trúc liên kếtBCC và đường kính thanh chống 0,2 mm.
- Các thông số này được sử dụng trong sản xuất cấu trúc mạng tinh thể đượcsử dụng trong công việc này.
- Cácquy trình SLM thường yêu cầu cấu trúc hỗ trợ để đạt được các bản dựng mạnhmẽ.
- Ủng hộ cấu trúc tăng phạm vi hình học khả thi.
- tuy nhiên, việc sử dụng vậtliệu hỗ trợ có thể làm tăng độ nhám bề mặt, kéo dài thời gian sản xuất và thỏahiệp một phần chức năng khi loại bỏ thủ công bị hạn chế bởi quyền truy cập,như trong cấu trúc mạng tinh thể.
- Để tránh sự cần thiết của các cấu trúc hỗ trợvà xác định các cấu trúc cấu trúc mạng có thể sản xuất cấu trúc liên kết, nó làcần thiết để hạn chế độ nghiêng góc của hình học nhô ra thành góc có thể xâydựng mà không cần hỗ trợ.
- Ngoài ra, cấu trúc liên kết ô có thể sản xuất bị hạn chế bởi kích thước tínhnăng có thể sản xuất SLM tối thiểu, quy định mạng tinh thể có thể đạt đượcđường kính thanh chống.
- Như vậy, các nhà sản xuất côngxôn được xác định ngưỡng khả năng cho thấy việc sản xuất mạnh mẽ các thanhchống trong kết cấu mạng tinh thể các cách xử lý được xem xét trong Phần2.2 cho tất cả các cấu trúc liên kết mạng, ngoại trừ 0độ thanh chống nghiêng(FBCCXYZ).
- 2.3.4 Mục tiêu chế tạo và thử nghiệm mẫu lưới Dựa trên nghiên cứu thực nghiệm cụ thể về vật liệu về khả năng sản xuấtthanh chống, một loạt cấu trúc mạng tinh thể có thể sản xuất với các thông sốkhác nhau (chẳng hạn như cấu trúc liên kết, Số maxwell và sự căn chỉnh thanhchống theo hướng tải) đã được chọn thử nghiệm để đánh giá hiệu suất cơ họcdưới tải trọng nén cho cả hai vật liệu Ti6Al4V và AlSi12Mg.
- Do các mục tiêu thử nghiệm khác nhau và các ràng buộc liên quan, khôngphải tất cả cấu trúc liên kết mạng tinh thể được sản xuất và thử nghiệm trong cảhợp kim Ti6Al4V và AlSi12Mg.
- Thử nghiệm BCCZ bổ sung và các cấu trúc liên kết FCCZ trongTi6Al4V sẽ vượt quá ngân sách thử nghiệm số lượng mẫu Ti6Al4V cao hơnđáng kể được sử dụng để điều tra sự hội tụ của các đặc tính cơ học.
- Tuy nhiên, phân tích CT có thể cung cấp thông tin phân giải về các đặc tínhkích thước của các bộ phận được sản xuất và đã được áp dụng để đánh giá cácmẫu mạng tinh thể AlSi12Mg.
- Những khiếm khuyết này dường như là không đối xứng, ngaycả đối với các cấu trúc mạng tinh thể có dạng hình học đối xứng danhnghĩa.
- Ảnh hưởng của hình học nút về tính toàn vẹn của cấu trúc đã được đánhgiá bằng phân tích tính toán của dữ liệu CT.
- Các cấu trúc mạng tinh thể đượcsản xuất đã được thử nghiệm theo các quy trình đơn trục bán tĩnh để đánh giácác đặc tính cơ học cũng như các chế độ biến dạng và hư hỏng.
- Ngoại lệ là cấu trúc BCC,được trưng bày một ứng suất cao nguyên có độ lớn trung bình tương tự nhưđỉnh ban đầu.
- Hành vi của cấu trúc BCC là đặctrưng của uốn cong đặc trưng cấu trúc tế bào trong đó cơ chế biến dạng uốncong dẫn đến dần dần sự sụp đổ cấu trúc.
- Phản ứng ứng suất - sức căng của cấu trúc mạng kích thước tế bào Ti6Al4V 3-mm cho 103 ô mẫu vật.
- Hơn nữa, mặc dù có một số biến thể thống kê trong các kết quảđo, sự khác biệt đáng chú ý được quan sát thấy giữa các cấu trúc liên kết mạng.Những điều này chủ yếu liên quan đến sự hiện diện của các thanh chống trụcdọc được căn chỉnh với hướng tải nén.
- Các cấu trúc liên kết không có thanhchống trục dọc (BCC) cho thấy một xu hướng tương ứng với hành vi dự kiến vềmặt lý thuyết được trưng bày bởi các cấu trúc bị uốn cong chiếm ưu thế.
- Cáccấu trúc liên kết còn lại (FCCZ, FBCCZ và FBCCXYZ), tất cả đều bao gồm cácthanh chống dọc được căn chỉnh với hướng tải, thể hiện các xu hướng tươngứng chặt chẽ hơn với hành vi dự kiến của cấu trúc chi phối căng.
- So sánh hànhvi này với phản ứng dự đoán theo tiêu chí ổn định Maxwell (Mục 5.2), tươngquan cấu trúc liên kết BCC tương ứng với xu hướng thống trị uốn cong dựkiến.
- Các cấu trúc liên kết còn lạ bao gồm cả chi phối uốn (FCCZ và FBCCZ)và chi phối kéo dài (FBCCXYZ.
- Tuy nhiên,xu hướng đo lường thực nghiệm cho các cấu trúc liên kết chi phối uốn đượcquan sá để gần hơn với phản ứng chi phối kéo dài dự kiến, cho thấy rằng cáccấu trúc liên kế chịu tác động của các cơ chế biến dạng chi phối kéo dàihơn.
- Để cho phép một ngườithân so sánh các đặc tính cơ học của các cấu trúc liên kết mạng được thửnghiệm, dữ liệu từ Hình 17 và 18 được tính trung bình trên tất cả các mẫu cócấu trúc liên kết và số cụ thể của tế bào.
- Kết quả này tương thích với các quan sát đốivới kim loại bọt, nhưng công trình này xác nhận hiện tượng này trong mạng tinhthể được sản xuất bổ sung cấu trúc.
- Một số ấn phẩm tập trung vào liên kết mạnglưới được sản xuất bổ sung mô đun Young, s với độ cứng tại chỗ dự kiến củacác cấu trúc mạng tinh thể.
- Một ước tính chính xác của mô-đun đặc biệt quantrọng trong các ứng dụng nhằm mục đích sử dụng cấu trúc mạng SLM cho cấyghép chỉnh hình, trong đó cấu trúc mạng lưới phù hợp với độ cứng của xương làrất quan trọng đối với tránh các tác động dẫn đến suy yếu.
- Cấu trúc BCC có mô đun quan sát thấp nhất, điều này cho thấy cấu trúccao của chúng sự tuân thủ do hành vi kém cứng nhắc và mật độ tương đối thấpgây ra.
- Kết quả này chỉ ra rằng,trong số các cấu trúc mạng tinh thể được thử nghiệm, FCCZ cung cấp hiệu suấtvượt trội cho các tình huống tải nén cố gắng tối ưu hóa khai thác tỷ lệ độ cứngtrên trọng lượng.
- Rõ ràng là việc tăng kích thước ôgiảm đáng kể cường độ nén liên quan cho tất cả các cấu trúc liên kết.
- Tương tự, cấu trúc BCC thể hiện cường độ nén cụ thể thấp nhất trong cáctình huống đã điều tra.
- (c) Mô đun cụ thể (2%) được tính trung bình trên cácgiá trị tải và không tải và tất cả các mẫu Ti6Al4V của cấu trúc liên kết được chỉ định 50Hình 19.
- (c) Cường độ nén cụ thể được tính trung bình trên tất cả các mẫuTi6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước ô được chỉ định 2.4.2 Kết quả thử nghiệm nén đối với AlSi12Mg mẫu mạng tinh thể Các thử nghiệm được tiến hành trên hai lần lặp lại của mỗi mẫu mạng tinhthể AlSi12Mg.
- Các xu hướng lý thuyết dựkiến được trình bày cho cấu trúc tế bào thống trị uốn và kéo căng, trong đó cácđặc tính cơ học cho thấy mối quan hệ công suất dương với mật độ tương đối.Hình 20.
- Mô đun tương đối và cường độ nén tương đối so với mật độ tương đối đối với đã thử nghiệm các mẫu tế bào mạng tinh thể AlSi12Mg, bao gồm các xu hướng điển hình để uốn- và kéo cấu trúc tế bào chi phối.
- Bổ sung cho các mẫu AlSi12Mg có thể được nhìn thấy trong Hình26.
- Các quan sát chung với phản ứng biến dạng bao gồm: 54 • Các cấu trúc BCC cho thấy sự tuân thủ tương đối lớn khi tải dựa trên cấutrúc liên kết dưới cứng.
- Cấu trúc FCCZ cho thấy sự vênh và đứt gãy thanh chống dọc dẫn đến sựsụp đổ của tế bào mạng.
- Các cấu trúc FBCCZ bị vênh trên các dải cắt chéo của mẫu vật.
- Cấu trúc FBCCXYZ cho thấy hành vi tương tự như các mẫuFBCCZ.
- 55 • Tất cả các mẫu thử nghiệm với cấu trúc web cuối đều có hình dạng thùngrõ rệt dưới tải, do lực cản bên tăng lên do mạng cung cấp chống lại biến dạng.
- Chi tiết về các chế độ biến dạng và hư hỏng quan sát được của mạng tinh thể AlSi12Mg đã được thử nghiệm mẫu vật lúc phá huỷ 2.5 Kết luận Chương này đề cập đến một loạt các điểm không chắc chắn hiện tại liênquan đến SLM- được sản xuất cấu trúc mạng tinh thể Ti6Al4V và AlSi12Mgbằng cách cung cấp thông tin chi tiết về ảnh hưởng của vật liệu, cấu trúc liên kếttế bào, kích thước ô, số lượng ô đơn vị và ranh giới điều kiện về biến dạng vàứng xử hư hỏng của mạng dưới tác dụng nén tải trọng.
- Dựa trên các giới hạn xử lý đã xác địnhnày, một số mạng tinh thể có liên quan các cấu trúc đã được xác định, bao gồmcác cấu trúc có số Maxwell thấp cũng như các cấu trúc có số Maxwell cao hơnvà các thanh chống được căn chỉnh theo hướng tải (các phần tử mạng này cungcấp cường độ nén cao và độ cứng).
- Hiệu ứng này đượcgây ra bởi tính dẻo cục bộ không được quan sát thấy trong vật liệu rời, và mặcdù thường được báo cáo cho kim loại bọt, nó dường như không được báo cáophổ biến đối với cấu trúc AM.
- Cấu trúc BCC cho thấy mô đun quan sát được thấp nhất, do tuân thủ cấutrúc cao của chúng lỗi gây ra bởi hành vi kém cứng nhắc.
- Các mô đun quan sátcao nhất đã được trưng bày bởi cấu trúc FBCCXYZ (cho Ti6Al4V) và FBCCZ(cho AlSi12Mg).
- Tuy nhiên, lời nói cao nhất-mô đun cụ thể đã được trưng bàybởi các cấu trúc FCCZ, cho thấy hiệu suất vượt trội cho các tình huống chịu tảinén cố gắng tối ưu hóa tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng.
- Đối với cấu trúc Ti6Al4VFCCZ, FBCCZ và FBCCXYZ, người ta thấy rằng mặc dù một cấu trúc lớn hơnkích thước tế bào có xu hướng tăng sự tuân thủ, mô-đun cụ thể vẫn tương tự đốivới 2- và 3- ô mm.
- Đối vớiTi6Al4V, cấu trúc FBCCXYZ và FCCZ cho thấy các giá trị cường độ tổng thểvà cụ thể cao tương ứng.
- Đối với cấu trúc AlSi12Mg, FBCCZ và FCCZ chothấy tính tổng thể và cụ thể cao giá trị sức mạnh, tương ứng.
- Phân tích sự hội tụ của các đặc tính cơ học với sự gia tăng kích thướcmẫu cho thấy rằng đối với cấu trúc FBCCZ và FBCCXYZ, các mẫu bao gồmhơn 103 có thể cần các ô để mẫu đạt các giá trị hội tụ đến các giá trị không đổi.Xu hướng hội tụ đối với các giá trị mô đun tương tự như xu hướng đối vớicường độ nén nhưng có sự thay đổi tương đối cao hơn.
- Các chế độ hỏng hóc của các cấu trúc mạng lưới được thử nghiệm khinén xảy ra thông qua uốn cong của thanh chống chéo và sự vênh của thanhchống dọc, tiếp theo là gãy thanh chống và sự sụp đổ tế bào mạng sau đó chủ 59yếu qua các dải cắt chéo.
- Đối với cấu trúc liên kết với số Maxwell thấp vàkhông có thanh chống nào được căn chỉnh theo hướng tải, đặc biệt là BCC vàFCC, độ võng đáng kể xảy ra trước khi hỏng hóc.
- những cấu trúc liên kết này cóthể được chấp thuận việc thiết kế các cấu trúc tuân thủ có chủ đích.
- những cấu trúc liên kết này có thể thích hợp để hấp thụ năng lượng cấutrúc.
- Phản ứng quan sát được của các cấu trúc mạng tinh thể phù hợp với phảnứng lý thuyết của sự kéo căng và cấu trúc chi phối uốn.
- Tuy nhiên, cấu trúc liênkết được phân loại là uốn chi phối theo các tiêu chí ổn định Maxwell (FCCZ vàFBCCZ) được tìm thấy tương ứng với các xu hướng hành vi bị chi phối bởicăng thẳng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt