Az additív gyártás (AGY) a klasszikus gyártási technológiák közül kiemelkedik kivételes rugalmasságával. Segítségével lehetséges komplex, akár darabonként egyedi alakú testek létrehozása. A 3D nyomtatással előállíthatók olyan térben változó szerkezetű (rácsszerkezetek) és emiatt inhomogén tulajdonságú, ún. funkcionálisan gradiens (FG) testek, melyek a környezeti terheléshez illesztett tulajdonságokkal rendelkeznek.
2023. szeptember 19.
A rácsszerkezetek ismétlődő elemi cellákból épülnek fel, a test kitöltése megvalósulhat sztochasztikus (pl. habok), periodikus (pl. méhsejt) vagy pszeudoperiodikus (pl. háromszoros periodikus minimális felületek) módon. Az 1. ábrán a rácsszerkezetek csoportosítása látható.
1. ábra Rácsszerkezetek csoportosítása (Forrás: Progress in Additive Manufacturing (2022) 7:1297–1305)
Rácsszerkezetet kaphatunk az elemi cellák homogén vagy inhomogén ismétlődése révén is. A 2. ábrán (bal) homogén kitöltés látható, azonban a kitöltés mértéke eltérő, míg a jobb oldali ábra inhomogén kitöltést reprezentál. Az ilyen módon létrehozott test tulajdonságai a cellák típusának és méretének megválasztásával igény szerint a tervezett terhelésnek megfelelő módon hangolhatók.
2. ábra Rácsszerkezetek - homogén és inhomogén kitöltés
Vizsgálatainkhoz a periodikus háromdimenziós rácsszerkezetek közül a tércentrált köbös és a gyémántszerű, a pszudoperiodikus csoportból pedig a Schwartz primitive és a Schoen gyroid típusokat használjuk fel, mivel ezek extrudálásos 3D technológiával (mint pl. az FDM, FFF) támaszték nélkül nyomtathatóak (3. ábra).
3. ábra 3D nyomtatással előállított elemi cellák (bal) és az ezekből homogén kitöltéssel készül rácsszerkezetek (jobb).
Az nTopology szoftverben 30 mm élhosszúságú kockákat töltünk fel változó darabszámú elemi cellával és szimuláljuk a Ti6Al4V anyagú modellek alakváltozását mind összenyomás, mind pedig húzás hatására. A 4. ábrán 53 db elemi cellát tartalmazó rácsszerekezetek 15 kN nyomóerő hatására bekövetkező alakváltozása látható.
4. ábra 53 db elemi cellából (gyémánt (bal), gyroid (jobb)) felépülő rácsszerkezetek alakváltozásának szimulációja nTopology szoftverben.
A kutatás TKP2021-NVA-19 azonosító számú „Anyagtudomány és fotonika” című projekt a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával valósul meg.
