Resumen de Deformación y rotura de estructuras “lattice” de fabricación aditiva: microtests y simulaciones
L. Cobián, Éric Maire, J. Papillon, Jérôme Adrien, Joël Lachambre, M. A. Monclus, Javier Segurado Escudero
- español
El sinterizado selectivo por laser (SLS) ha hecho posible la fabricación de meta-materiales tipo “lattice”, compuestas de una red de barras interconectadas. Sin embargo, la fabricación por SLS da lugar a porosidad y rugosidad superficial que afectan de forma crítica al comportamiento mecánico de estas estructuras debido a sus pequeños diámetros y gran superficie específica. Para analizar cómo influyen estos defectos en el comportamiento mecánico y fractura de metamateriales fabricados con Poliamida12, se ha realizado un estudio que integra el análisis experimental de celdas unidad y barras aisladas con simulaciones numéricas. Experimentalmente, se han realizado ensayos in-situ de celdas unidad y de barras individuales de diferentes diámetros, usando tomografía de rayos-X. Las tomografías se han usado para generar geometrías voxelizadas que incluyen la forma real de las barras incluyendo los defectos generados durante la fabricación. Estas geometrías se han empleado para simular los ensayos mediante un método basado en la FFT, considerando un modelo de fractura tipo phase-field. Se ha encontrado que el material de las barras tiene un comportamiento mucho menos rígido que el de muestras masivas. La rotura se produce por nucleación de grietas en defectos superficiales y su posterior propagación, la cual depende principalmente de la dirección de impresión.
- English
Selective laser sintering (SLS) has made possible the fabrication of lattice metamaterials, consisting of periodical structures with interconnected struts. However, SLS manufacturing originates porosity and surface roughness that critically affect the mechanical behavior of these structures due to their small diameters and high specific surface. A study that integrates experimental analysis of unit cells and single struts of Polyamide12 with numerical simulations has been made to analyze how the defects influence mechanical behavior and fracture of these materials. Experimentally, in-situ tests of unit cells and single struts of different diameters have been performed using X-ray tomography. The tomographies have been used to generate voxelized geometries that include the actual strut shape, including the defects that originated during the printing process. These geometries have been used to simulate the tests using an FFT-based method, considering a phase-field fracture model. Observations show that the behavior of the strut material is less stiff than the one found in bulk samples. The fracture occurs by crack nucleation in surface defects and its propagation, which depends mainly on the printing direction.
