Università del Maryland: Stampa 3D di strutture a nido d’ape con iniziatori a strappo per la mitigazione degli incidenti

Quando si tratta di riempimento con stampa 3D, le strutture a nido d’ape sono generalmente le più efficienti, massimizzando lo spazio di archiviazione e minimizzando il materiale necessario. La ricerca mostra anche che il tubo a nido d’ape, una nuova forma della struttura a nido d’ape, può anche fornire oggetti stampati in 3D con un eccellente assorbimento di energia .

Di recente, Rachel Harvey, Norman M. Wereley, PhD e Min Mao, PhD, ricercatori del Composites Research Laboratory ( CORE ) dell’Università del Maryland nel Dipartimento di Ingegneria aerospaziale , hanno pubblicato un documento intitolato ” Sviluppo di favi stampati in 3D per Crash Mitigation Applications “, che esamina più da vicino la struttura e perché le sue proprietà meccaniche lo rendono” ideale per l’uso nella mitigazione degli incidenti, in particolare per elicotteri e automobili “.

Alveoli alti 30 mm mostrati con iniziatori con fibbia a vertice a forma di diamante (L) schiacciati sul piano e iniziatori a fibbia a faccia con diamante (R) schiacciati nella direzione fuori dal piano

“Attualmente, quando viene schiacciato da un carico dinamico, c’è un impulso in vigore prima di un assorbimento costante – che potrebbe essere dannoso in tali applicazioni di mitigazione degli incidenti. In questo studio, i favi stampati in 3D sono studiati per la successiva efficienza di schiacciamento con test di schiacciamento quasi statici e dinamici ”, hanno scritto i ricercatori in astratto. “La stampa 3D, piuttosto che la produzione convenzionale, consente modifiche strutturali all’interno del nido d’ape che influenzano il suo profilo di spostamento della forza. Gli iniziatori instabili sul viso e / o sul vertice dei favi dovrebbero ridurre lo stress di picco iniziale e aumentare la tensione a cui inizia la densificazione, il punto in cui aumenta ancora una volta lo stress. “

Nido d’ape alto 30 mm con iniziatori con fibbia frontale a forma di diamante .65 mm

L’obiettivo era quello di progettare e fabbricare favi stampati in 3D con iniziatori con fibbia sia a forma di diamante che circolari, che hanno scoperto che “ridurranno lo stress di picco iniziale dei favi testati”. Hanno usato un sistema uPrint SE per stampare in 3D i favi dal filamento ABSplus, con spessore della parete cellulare di 1 mm, riempimento solido e altezza 30 mm.

Nido d’ape alto 30 mm con iniziatori con fibbia vertice a forma di diamante (L) e iniziatori con fibbia frontale a forma di diamante (R)

Innanzitutto, al fine di trovare l’assorbimento di energia e l’efficienza di schiacciamento, hanno testato la direzione in piano per le strutture a nido d’ape.

Quindi, i favi stampati in 3D sono stati testati sulle loro proprietà fuori dal piano su una macchina MTS da 20.000 libbre, “per il confronto con le equazioni di Gibson e Ashby e i dati precedenti”. Posizionarono il nido d’ape tra due piani di compressione sulla macchina, “con uno spostamento di 0,002 pollici / sec, 0,02 pollici / sec, 0,2 pollici / sec e 2 pollici / sec.” Hanno sollevato i piani 1 “sopra i campioni prima dell’inizio dei test dinamici, che sono stati catturati con una telecamera ad alta velocità in modo da poter documentare correttamente i test di schiacciamento delle strutture.

LR: configurazione di test fuori dal piano della macchina MTS da 20.000 libbre e iniziatore con fibbia frontale e vertice a forma di diamante schiacciato a 0,2 pollici / sec

Hanno scoperto che i due tipi di iniziatori di instabilità hanno sicuramente influenzato le curve di tensione-stress delle strutture a nido d’ape stampate in 3D, il che significa che il loro assorbimento di energia era ideale. Puoi vederlo riflesso nelle tabelle seguenti.

“Il picco di stress iniziale ha dimostrato di diminuire con l’implementazione di iniziatori di instabilità, insieme a successivi punti di densificazione”, hanno concluso i ricercatori.

La risultante curva di sollecitazione da iniziatori con fibbia diamantata frontale e vertice fuori piano mostra una sollecitazione di picco iniziale minimizzata a tutti i tassi di schiacciamento, con una variazione significativa dei punti di densificazione per velocità di schiacciamento di 0,2 in / sec e 2 in / sec .

La risultante curva di deformazione da prove fuori dal piano su favi alti 30 mm con iniziatori a fibbia circolari facciali e / o vertici da 5 mm mostra che gli iniziatori di fibbia facciali e vertici circolari si sono comportati meglio nel ridurre lo stress di picco iniziale. Gli iniziatori di instabilità testati avevano punti di densificazione comparabili.

La risultante curva di sollecitazione da prove fuori dal piano su favi alti 30 mm con iniziatori con fibbia diamantata da 5 mm sul viso e / o vertice indica che a una compressione di 0,2 pollici / sec, gli iniziatori di fibbia con faccia e vertici hanno notevolmente ridotto il stress di picco iniziale rispetto ai favi con solo iniziatori di instabilità del viso o del vertice.

I ricercatori continueranno il loro lavoro sull’assorbimento di energia delle strutture a nido d’ape stampate in 3D.

“Le direzioni future per il progetto includono la sperimentazione di favi di altri materiali con iniziatori a fibbia e l’implementazione di variazioni degli attuali progetti di iniziatori a fibbia”, hanno concluso.

Intendono testare i favi realizzati con materiali diversi, come schiuma e alluminio, con iniziatori a fibbia; testare diversi design cellulari, come un petalo di fiore; e condurre test di caduta su favi stampati in 3D usando una telecamera ad alta velocità. Inoltre, continueranno a testare i favi precedentemente progettati al fine di confrontare l’efficienza di questi progetti con quelli nuovi.

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