1 .6Kiểm tra chi tiết in 3D
1.6 .2Nhập dữ liệu tham chiếu
2.4 Kết quả thử nghiệm nén
2.4.1 Kết quả phân tích nén mẫu tinh thể Ti6Al4V
Các thử nghiệm đối với các mẫu mạng tinh thể Ti6Al4V được thực hiện với hai lần lặp lại mỗi biến thể mẫu tinh thể:
• Thử nghiệm 1: Thử nghiệm biến dạng cao đến biến dạng nén 80%; dữ liệu này đã được sử dụng để mơ tả các đặc tính đàn hồi và năng suất cũng như hành vi biến dạng cao của nhựa và các chế độ hư hỏng (Phần 5.4.1). Các điều kiện tải bao gồm ba giai đoạn tải và hai giai đoạn không tải để đo modun đàn hồi tải và không tải. Tải/không tải đầu tiên và thứ hai các giai đoạn được tiến hành ở mức độ căng thẳng kỹ thuật lần lượt là 2% và 4%. Giai đoạn tải cuối cùng nén mẫu thử đến 80% độ căng.
• Thử nghiệm 2: Thử nghiệm biến dạng thấp đến biến dạng vượt quá cường độ nén 1-2% (tải trọng đỉnh trước khi sụp đổ); dữ liệu này đã được sử dụng để thu được hình ảnh có độ phóng đại cao của nhựa ban đầu biến dạng và
gãy các phần tử thanh chống (Phần 2.4.3). Đang tiến hành tải/không tải ở mức biến dạng 2% để thu các giá trị mô đun.
Đường cong ứng suất nén đơn trục cho các mẫu mạng có 103 ơ đơn vị được thể hiện trong Hình 14 và Hình 15 cho các kích thước ơ 2 và 3 mm, tương ứng. Đặc điểm thể hiện một loạt các cường độ nén và phản ứng tải. Hơn nữa, sự khác biệt đáng chú ý hiện diện trong tỷ lệ giữa ứng suất sụp đổ và ứng suất cao nguyên (ứng suất trung bình sau đỉnh ban đầu). Trong ơ 3 mm (Hình 14) hầu hết các mẫu vật cho thấy một cường độ ban đầu tương đối cao, sau đó là mềm đi đáng kể sau khi sự khởi đầu của sự sụp đổ ban đầu. Ngoại lệ là cấu trúc BCC, được trưng bày một ứng suất cao ngun có độ lớn trung bình tương tự như đỉnh ban đầu. Trong ô 2 mm, tuy nhiên, các mẫu FBCCZ / FBCCZO thể hiện hành vi tương tự như mẫu BCC, trong đó độ lớn của ứng suất bình ngun trung bình có thể so sánh với ban đầu đỉnh cao. Hành vi của cấu trúc BCC là đặc trưng của uốn cong đặc trưng cấu trúc tế bào trong đó cơ chế biến dạng uốn cong dẫn đến dần dần sự sụp đổ cấu trúc. Đối với các kết cấu có tỷ lệ ứng suất sập trên ứng suất cao, hành vi biến dạng thường bị chi phối bởi lực căng và nén (và vênh liên quan), nơi mà hỏng hóc dẫn đến sự sụp đổ kết cấu đột ngột hơn.
Hình 16 cho thấy một cái nhìn chi tiết hơn về một đường cong ứng suất-
biến dạng quan sát được mà điều chỉnh mô-đun Young, s và mô-đun xếp dỡ ở mức 2% và 4% đối với một mẫu FBCCZ-S3N7. Hình 16 là điển hình của phản ứng được thấy trong độ trễ được thử nghiệm mẫu vật tice; tuy nhiên, đối với một số mẫu vật (chủ yếu là độ cứng cao các mẫu như FBCCXYZ), mô đun 4% xảy ra ngồi ứng suất đỉnh. Bởi vì các giá trị mơ đun 4% khơng nhất quán trong vùng đàn hồi, kết quả các phép đo ing không được xem xét thêm. Các giá trị mô đun 2% được coi là đại diện của môđun trong vùng đàn hồi ( Hình 17).
Hình 16(a) cho thấy mơ đun tương đối ( E / E s ) đối với biến dạng 2% so với giá trị đo được mật độ tương đối (r / r s ) cho các mẫu mạng tinh thể được
thử nghiệm. Tương tự, Hình 16(b) cho thấy cường độ nén tương đối (s / ss ) so với mật độ tương đối đo được (r / rs ).
Hình 14. Phản ứng ứng suất - sức căng của cấu trúc mạng kích thước tế bào Ti6Al4V 3 -mm cho 103 ơ mẫu vật. Trên cùng: Hồn thành đường cong ứng suất- biến dạng đến 80% biến dạng. Dưới cùng: Chế độ xem chi tiết của phần ban đầu của phản ứng ứng suất-biến dạng
Cả hai số liệu đều cho thấy xu hướng trung bình quan sát được đối với các mẫu đo được, cũng như các xu hướng lý thuyết đã hoàn thành đối với các cấu trúc tế bào thống trị uốn cong và kéo dài. Trong cả hai biểu đồ xu hướng trung
cấu trúc liên kết tế bào mạng tinh thể nhất định; nghĩa là, các mẫu tế bào 2 mm có mật độ tương đối hơn mẫu tế bào 3 mm và mô đun tương ứng cao hơn và cường độ nén. Hơn nữa, mặc dù có một số biến thể thống kê trong các kết quả đo, 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 trục dọc được căn chỉnh với hướng tải nén. Các cấu trúc liên kết khơng có thanh chống trục dọc (BCC) cho thấy một xu hướng tương ứng với hành vi dự kiến về mặt lý thuyết được trưng bày bởi các cấu trúc bị uốn cong chiếm ưu thế. Các cấu trúc liên kết còn lại (FCCZ, FBCCZ và FBCCXYZ), tất cả đều bao gồm các thanh chống dọc được căn chỉnh với hướng tải, thể hiện các xu hướng tương ứng chặt chẽ hơn với hành vi dự kiến của cấu trúc chi phối căng. So sánh hành vi này với phản ứng dự đốn theo tiêu chí ổn định Maxwell (Mục 5.2), tương quan cấu trúc liên kết BCC tương ứng với xu hướng thống trị uốn cong dự kiến. Các cấu trúc liên kết còn lạ bao gồm cả chi phối uốn (FCCZ và FBCCZ) và chi phối kéo dài (FBCCXYZ) ( Bảng 5.1), theo tiêu chí Maxwell. Tuy nhiên, xu hướng đo lường thực nghiệm cho các cấu trúc liên kết chi phối uốn được quan sá để gần hơn với phản ứng chi phối kéo dài dự kiến, cho thấy rằng các cấu trúc liên kế chịu tác động của các cơ chế biến dạng chi phối kéo dài hơn. Các tiêu chí Maxwell khơng phù hợp với ảnh hưởng đáng kể của việc tải trực tiếp dựa trên độ cứng của tế bào, trong đó nhấn mạnh rằng các tiêu chí là cần thiết nhưng khơng đủ điều kiện để dự đốn phản ứng cơ học.
Hình 15. Phản ứng ứng suất - sức căng của cấu trúc mạng kích thước tế bào Ti6Al4V 2-mm cho 103 ơ mẫu vật. Trên cùng: Hồn thành đường cong ứng suất- biến dạng đến 80% biến dạng. Dưới cùng: Chế độ xem chi tiết của phần ban đầu của phản ứng ứng suất-biến dạng
Hình 17(a) tóm tắt mơ đun chủng Young, s và 2% trung bình cho mỗi tế bào loại và kích thước ơ. Các moduli xếp dỡ được tính trung bình cho bản tóm tắt dữ liệu được trình bày trong tác phẩm này. Hình 17 (b) cho thấy tiêu chuẩn tương đối tương ứng độ lệch (RSD), nghĩa là tỷ lệ độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình. RSD là được tính tốn trên tất cả các mẫu thử nghiệm cho một cấu trúc liên kết và kích thước ơ nhất định, nghĩa là với các tế bào N3, N5, N7 và N10 với hai lần lặp lại (tức là, độ căng thấp và độ căng cao các mẫu thử biến dạng, như được nêu chi tiết trong Phần 5.4), với tổng số tám mẫu mỗi bộ. RSD là một chỉ số về sự thay đổi chung của mô đun và cường độ nén được nhìn thấy trên một tập hợp mẫu vật trong đó số lượng tế bào khác nhau.
Hình 18 (a) và (b) tóm tắt cường độ nén mạng tinh thể trung bình và giả
định RSD ciated, tương ứng. Mô đun biến dạng cụ thể 2%, được định nghĩa là tỷ lệ của môđun của mật độ mạng tinh thể r (Bảng 5.5 ) và cường độ nén cụ thể (tỷ số giữa cường độ nén với r) được thể hiện trong Hình 17 (c) và 18 (c), để so sánh hiệu quả mạng tinh thể đối với thiết kế mỏng nhẹ. Để cho phép một người thân so sánh các đặc tính cơ học của các cấu trúc liên kết mạng được thử nghiệm, dữ liệu từ Hình 17 và 18 được tính trung bình trên tất cả các mẫu có cấu trúc liên kết và số cụ thể của tế bào.
• Hình 16 (a) cho thấy mô đun Young, s luôn thấp hơn mơ đun 2%. Điều
này quan sát chỉ ra rằng tính dẻo cục bộ đang xảy ra trong các mẫu mạng tinh thể ở ứng suất dưới cường độ nén. Kết quả này tương thích với các quan sát đối với kim loại bọt, nhưng cơng trình này xác nhận hiện tượng này trong mạng tinh thể được sản xuất bổ sung cấu trúc. Một số ấn phẩm tập trung vào liên kết mạng lưới được sản xuất bổ sung mô đun Young, s với độ cứng tại chỗ dự kiến của các cấu trúc mạng tinh thể. Tuy nhiên, như đã trình bày trong chương này, mơ- đun Young, s có thể đánh giá thấp giao phối độ cứng của mạng tinh thể dưới tải trọng đàn hồi lặp đi lặp lại. Một ước tính chính xác của mô-đun đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng nhằm mục đích sử dụng cấu trúc mạng SLM cho cấy ghép chỉnh hình, trong đó cấu trúc mạng lưới phù hợp với độ cứng của xương là rất quan trọng đối với tránh các tác động dẫn đến suy yếu.
• Cấu trúc BCC có mơ đun quan sát thấp nhất, điều này cho thấy cấu trúc cao của chúng sự tuân thủ do hành vi kém cứng nhắc và mật độ tương đối thấp gây ra.
• Các mơ đun quan sát được cao nhất được trưng bày bởi các cấu trúc FBCCXYZ-S2, tương quan với đến hành vi mạnh mẽ, quá cứng của cấu trúc liên kết mạng và tương ứng cao tỉ trọng.
• Mặc dù mạng FBCCXYZ có mơ đun cao nhất trong số các mẫu thử nghiệm, FCCZ có mơ đun cụ thể cao nhất cho cả hai kích thước ơ 2 và 3 mm
(Hình 17 (a) ) cho thiết bị đóng điều kiện biên mẫu. Kết quả này chỉ ra rằng,
trong số các cấu trúc mạng tinh thể được thử nghiệm, FCCZ cung cấp hiệu suất vượt trội cho các tình huống tải nén cố gắng tối ưu hóa khai thác tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng.
• Điều thú vị cần lưu ý là mơ đun tuyệt đối của mạng FCCZ và FBCCZ lớn hơn đối với kích thước ơ 2 mm so với kích thước ơ 3 mm. Tuy nhiên, mơ-đun cụ thể của kích thước ơ 3 mm cao hơn một chút so với kích thước ơ 2 mm. Kết
tuân thủ, nhưng việc giảm mạng tinh thể liên quan mật độ có thể bù đắp cho sự gia tăng này trong thiết kế trọng lượng nhẹ giới hạn độ cứng.
• Ảnh hưởng của các điều kiện biên FBCCZ lên mô đun cho thấy các kết quả khác nhau. Đối với 3 mm ô, sự vắng mặt của các mạng cuối làm tăng mô đun một chút, trong khi đối với thông số kỹ thuật 2 mm, sự vắng mặt của web kết thúc làm giảm mô-đun. Cường độ nén tăng lên cho cả ô 2 và 3 mm khi khơng có màng cuối.
• Kết cấu BCC có cường độ nén tổng thể thấp nhất. Độ nén cao nhất sức mạnh đã đạt được bằng các mẫu FBCCXYZ. Rõ ràng là việc tăng kích thước ơ giảm đáng kể cường độ nén liên quan cho tất cả các cấu trúc liên kết; đó là, cho tất cả các tình huống được khảo sát, cường độ nén đối với kích thước ơ 3 mm thấp hơn đáng kể so với ô 2 mm. Kết quả này tương ứng với việc giảm mật độ giữa các mẫu thử 3 và 2 mm và sự giảm cường độ nén dự kiến theo xu hướng lý thuyết dự kiến ( Hình 16(b)).
• Tương tự, cấu trúc BCC thể hiện cường độ nén cụ thể thấp nhất trong các tình huống đã điều tra. Giá trị tuyệt đối cao nhất của cường độ nén cụ thể đạt được bằng FBCCXYZ với kích thước ơ 2 mm. Điều thú vị là, đối với kích thước ơ 3 mm, FBCCXYZ có cường độ nén cụ thể kém và các tình huống được điều tra, chỉ mạng tinh thể BCC thấp hơn.
• Các giá trị RSD cho mơ-đun Young, s và mơ-đun khơng tải 2% (Hình 17
Hình 18. Mô đun tương đối của Ti6Al4V (2% biến dạng) (a) và cường độ nén tương đối (b) so với mật độ tương đối đối với các mẫu tế bào mạng tinh thể được thử nghiệm, bao gồm cả xu hướng quan sát được và xu hướng điển hìì̀nh đối với cấu trúc tế bào chi phối uốn và duỗi
Hình 17. Mơ đun Young, s và 2% được tính trung bìì̀nh trên tất cả các mẫu Ti6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước tế bào được chỉ định. (b) Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của các giá trị mơ đun. (c) Mơ đun cụ thể (2%) được tính trung bìì̀nh trên các giá trị tải và không tải và tất cả các mẫu Ti6Al4V của cấu trúc liên kết được chỉ định
Hình 19. (a) Cường độ nén được tính trung bìì̀nh trên tất cả các mẫu Ti6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước ô được chỉ định. (b) Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của cường độ nén. (c) Cường độ nén cụ thể được tính trung bìì̀nh trên tất cả các mẫu Ti6Al4V có cấu trúc liên kết và kích thước ơ được chỉ định