具有雙相強化微晶格的微型飛行器3D打印
時間：2022-01-21 16:09 來源：機械制造系統工程 作者：admin 閱讀：次
機械超材料是一種具有廣闊應用前景的先進材料，可以通過改變其微觀結構來設計其獨特的機械性能，對于微晶格結構來說，其具有輕質、高比強度和高能量吸收等眾多理想的機械性能，在醫療植入體、航空航天、運動器材等領域有具有極高的應用價值。由于微晶格結構層次結構的復雜，對于傳統制造具有很高的挑戰性，近年來，高分辨率
3D
打印技術使制造具有高精度和復雜幾何形狀的大規模微晶格成為可能。然而，具有周期性晶胞的典型微晶格通常表現出不足的機械性能，阻礙了它們廣泛的實際應用。
對于受晶體學啟發的設計，已經有經典的晶格，例如體心立方 (BCC)、面心立方 (FCC)、八重桁架
(OCT)晶格材料等已被工程應用所采用。在合金設計中結合了組合冶金強化機制，包括晶粒尺寸效應、沉淀和多相硬化，以開發具有堅固和耐損傷特性的多相超材料。受到晶體學中雙相強化機制的啟發，該作者將OCT單元作為第二相加入到BCC晶格結構的45°對角線平面中，如圖1所示，并將結構通過3D打印制造，運用于微型飛行器中。
參考文獻：
Xiao, R. et al. "3D printing of dual phase-strengthened microlattices for lightweight micro aerial vehicles." Materials & Design 206.3(2021):109767.
圖1 雙相OCT-BCC微晶格超材料的設計、制造和應用
該文章對于雙相OCT-BCC晶格進行了力學測試，如圖2所示，其中雙相OCT-BCC晶格沿方向1和方向2的壓縮比強度為4
kPa·m 3·kg -1和6.8kPa·m 3·kg
-1，與原始BCC晶格的壓縮比強度相比分別提高了300%和600%，證明了雙相微晶格結構對于單一晶格結構的提升。與原始BCC晶格相比，雙相OCT-BCC晶格沿方向1和方向2的壓縮剛度分別增加了約250%和300%。此外，基于特定應力-應變曲線下的面積，可以得到OCT-BCC晶格在兩個壓縮方向上的比能量吸收比原始BCC晶格高得多。雙相微晶格結構具有更強的力學性能，一方面是因為OCT晶格比BCC晶格具有更強的能量吸收能力。另一方面，OCT晶格的引入限制了BBC晶格結構的變形，從而導致額外的能量吸收。
圖2 3D打印的OCT-BCC微晶格和BCC微晶格樣件及實驗結果
總的來說，該文章展示了一種受晶體學啟發的微晶格設計高性能機械超材料的有效策略，并成功制造出尺寸高達5.0
cm×2.0 cm×1.0 cm的OCT-BCC
微晶格超材料并應用于微型飛行器。采用雙相OCT-BCC微晶格超材料的微型飛行器機身重量減少約65%，并且飛行持續時間增加約40%。盡管仍有進一步優化和改進的空間，該雙相晶格強化的策略進一步推動了高分辨率3D打印微晶格超材料在微型飛行器和航空航天等其他領域的應用。參考文獻：
Xiao, R. et al. "3D printing of dual phase-strengthened microlattices for lightweight micro aerial vehicles." Materials & Design 206.3(2021):109767.
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