金屬點陣的案例
視頻 復合材料金屬點陣沖擊 ￥5
復合材料金屬點陣沖擊
Hill模型在增材制造點陣結構非線性分析中的應用
對于本文中金屬增材制造點陣結構，由于其單軸拉伸為雙線性行為，而剪切方向的非線性曲線沒有明顯的屈服點，點陣結構的不同種力學行為表現出明顯的方向相關性。因此，在全尺度范圍內保證Hill空間內應力滿足各向同性屈服準則比較困難，這也是導致剪切應變超過0.0025后曲線驗證存在較大誤差的原因。換言之，在拉壓方向，以及剪切變形較小的場合，Hill模型可以準確描述金屬增材點陣結構的力學行為。
對于（非）金屬材料點陣結構，若其單軸拉伸和剪切方向均為沒有明顯屈服點的應力-應變曲線，則可以通過曲線擬合的方法（不在本文中討論）獲得Hill模型的6個R參數。在滿足宏觀力學分析要求的情況下，Hill模型可以很好的描述該種類型點陣結構的力學行為。
在增材制造點陣結構分析中，可以采用Lattice Simulation得到均質化線彈性材料常數，建立6個試驗工況并提取應力-應變曲線。LS-Dyna的MAT_40/NONLINEAR_ORTHOTROPIC材料本構可以調用這些曲線以描述該種金屬點陣結構各個方向上的力學行為。
展開 衛星制造商THALES將粉末床3D打印用于衛星支架量產
用于這些部件的粉末床金屬熔化3D打印技術，能夠靈活的實現衛星支架的定制批量化生產。因此，Thales Alenia Space 在設計支架時可以根據每個新任務的確切要求進行定制設計。
每顆衛星的4個反作用輪支架被3D打印為兩組對稱部件，而ADPM支架的方向角和接口可根據它們在每顆衛星上的特定功能和位置進行調整。Thales Alenia Space還將連接器和電纜配件直接整合到3D打印組件的整體設計中，在3D打印時作為單件部件進行制造，從而避免了額外的裝配要求。
3D打印反作用輪支架的尺寸為466 x 367 x 403 mm。2019年3月初，首次生產的4個支架已集成在Konnect衛星上。其他Spacebus Neo平臺也將在不久的將來推出有機設計的3D打印部件。
根據3D科學的市場觀察，為了保證3D打印組件符合嚴格的質量標準，整個過程和各個組件都具有可追溯性，這些衛星3D打印組件的全面測試和檢驗流程已建立。
3D科學谷 Review
《3D打印與工業制造》一書中提到，隨著3D打印技術的應用，衛星輕量化已全面到來。通過3D打印技術實現衛星輕量化的途徑包括制造傳統技術無法實現的復雜點陣輕量化結構，以及制造功能集成一體化結構。
得益于點陣結構的獨特特性以及低體積容量，將點陣結構與零部件的功能相結合已被證明是3D打印技術發揮潛力的優勢領域。衛星制造是3D打印點陣結構的一大應用空間，這些應用要求零部件具有很高的強度、剛度和耐腐蝕性。
Thales Alenia Space制造的某顆衛星上應用了據說是迄今為止最大的3D打印金屬點陣結構。
展開 多線程會影響Abaqus計算精度嗎？
設置了8個拓撲域的金屬點陣沖擊模型
Domain如何影響計算結果？
在分析過程中，不同的分解形式會造成數值浮點運算次序的改變，由此產生不同的截斷誤差，也就會導致不同的計算結果。
通過一個示例可以展示這個過程，如下圖所示，現在我們要計算單元力引起的節點加速度。
鍛件磁粉探傷技術與磁化設備的應用
氫的主要來源是在高溫下液體金屬與水蒸氣的反應。進入液體金屬中的氫在澆注后，隨著金屬的凝固溶解下降而被截留在金屬的點陣中。在厚斷面和高含碳量的鋼中，氫含量超過×10
-4%（分數含量）就易產生氫白點，這是氫擴散到晶粒邊界或其他擇優部位(如夾雜物和機體界面處)所產生的小裂紋。
2)非金屬夾雜物。大多數非金屬夾雜物來源于熔煉作業，如果不作進一步的自耗重熔處理將之消除，在鍛造過程中夾雜物的尺寸和數量是不會改變和減少的。
3)未熔化電極和“框架”。未熔化電極是在自耗熔煉過程中，電極棒掉塊落入熔解的金屬中造成的。“框架”則是在錠子表面，由于不均勻的凝固或冷卻速度不一而造成的現象。
4)化學偏析。化學偏析是鑄錠中合金元素的不均勻分布。即使是非合金化的金屬，高密度夾雜物或不可溶氣體也可作為不均勻分布。因此，金屬或合金的成分在各處并不完全相同，鍛造不能完全消除這種缺陷。
5)縮管及中心縮孔。縮管及中心縮孔是在金屬凝固過程中，液體金屬補給不足引起的。除一次縮管靠近錠的頭部外，二次縮管和中心縮孔可延伸到錠的深處。
⑵由鑄錠或毛坯加工引起的缺陷。
1)內裂出現在有縮孔、孔隙、偏析或夾雜物的地方，金屬強度弱，加工的拉應力就可以高到足以將其內部撕開的程度，這種內部撕開稱為鍛件內裂。
2)折疊是熱金屬的凸出部位被壓折并鍛入表面的一種長條形缺陷。由于表面之間的氧化物出現，因此不存在彼此間的冶金連接。
3)裂紋為一種縱向延伸的表面缺陷，是由非精神夾雜物的大量積聚或深的折疊形成的。裂紋也可以來自錠表面的缺陷，如已被氧化的孔洞。這種孔洞在鍛造過程中被簡單的拉長，在鍛件表面形成長條形似裂紋的發紋。
4)條片是松動或裂開的鋼片被卷入表面形成的。
展開 3D打印點陣結構：材料疲勞容限設計與制造的力學性能綜述
3D打印技術參考曾詳述金屬材料的缺陷種類及其對疲勞性能的影響，在此我們不再展開討論（請查看延伸閱讀）。幾何缺陷也會對點陣結構的力學行為產生影響，為了在疲勞預測過程中采用更準確的實際晶格結構，可以使用CT掃描技術，在此方面北理工方岱寧院士團隊有詳細研究。
北理工方岱寧院士團隊3D打印的晶格結構和拉伸試樣
很多有關晶格材料的文獻表明，大多數疲勞設計方法都依賴于實驗，而這些實驗是為處理選定的晶格結構和材料而定制的，既費時又昂貴。另一方面，現有的理論方法似乎缺乏準確性，主要是因為它們的簡化方法可能無法捕捉晶格結構中的真實應力分布。在沒有殘余應力的情況下，可能影響晶格結構疲勞行為的變化源除了上面提到的幾點外，還可能包括晶格結構中的支柱連接，這也是本綜述關注的重點。
多孔材料示例：（A）閉孔泡沫（B） 開放式單元格（C） 規則點陣
設計和制造具有具有足夠抗疲勞的材料并能夠可靠預測其安全壽命是一個巨大的挑戰。
該綜述文章總結了大量基于晶格結構的文獻，以確定這些結構的潛在和主要局限性，特別強調它們在承受循環疲勞載荷時的情況。研究人員的目的是“填補空白”，全面了解晶格結構中的關鍵特征——疲勞如何嚴重降低其整體結構完整性，并就如何解決這一問題提供完整和最新的技術。
展開 《Nature Commun》：揭秘多晶宏觀點陣結構材料的強化機制！
本文系統地探究了金屬架構材料的強化機理，為自由調節材料強度及控制材料的局部變形提供了理論基礎。
金屬架構材料內部結構有序但不密實，具有輕質、高承重能力、高沖擊能量吸收能力的優點，因而被廣泛用于航空、汽車、醫療器件等領域。由周期性結構單元以及撐桿構成的宏觀點陣材料是金屬構架材料中的一種，這種點陣結構材料一般具有單一的結構取向。但是這種結構存在一個明顯的問題，當材料達到屈服強度以后，剪切帶的形成及其快速擴展會極大地降低了材料的強度。
為了解決單一取向點陣材料的強度驟減問題，來自英國帝國理工學院材料系的Chen Liu等以多晶金屬材料的結構為靈感，設計出多取向宏觀點陣材料。通過增加單位體積內點陣單元的個數以及調節撐桿在接觸點之間的連接方式，制備出了高強度、高耐壓的宏觀多晶點陣金屬材料。相關論文以題為“The origin of the boundary strengthening in polycrystal-inspired architected materials”發表在Nature Communications。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24886-z
本研究以金屬材料多晶結構為靈感，選取面心立方作為研究結構，利用熔融沉積制造的方法制備出宏觀多晶點陣結構材料。類似于多晶金屬中包含隨機取向的晶粒，宏觀多晶點陣結構材料內部由不同取向的點陣單元組成。每個點陣單元內部材料的取向一致，點陣單元之間的連接部分稱之為邊界。通過壓縮力學性能測試以及有限元分析探究材料塑性變形及失效的機理。
展開 高強輕質金屬納米結構
在1.12%應變下抗拉強度為257 MPa，密度為2.67 g cm-3，是相同相對密度下最強多孔金屬強度的2.6倍，體積比其他納米點陣小10倍。
納米點陣，具有迷人的力學、能量轉換和光學等特性，但在制備大型納米點陣的同時保持致密規則的納米特性仍是一個挑戰。在此，來自美國賓夕法尼亞大學的Zhimin Jiang & James H. Pikul報道了一種無裂紋自組裝方法來制備厘米尺度級別的鎳納米點陣，其無裂紋面積比以前的自組裝納米點陣大得多，且比3D打印納米點陣的單胞數量更多。相關論文以題為“Centimetre-scale crack-free self-assembly for ultra-high tensile strength metallic nanolattices”發表在Nature Materials上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01039-7
高強輕質多孔材料是工業上常用的材料，但在制備過程中難以控制其物理和化學結構，限制了其力學性能。納米晶格是具有納米尺度特性的多孔材料，有望通過基于尺寸的效應來克服這些限制。雙光子聚合的三維(3D)打印，是最常見的納米點陣制造方法，但即使是創紀錄的高打印速度，它也需要64天來制造一個20?×?20?×?0.1 mm3的木堆納米點陣。另外，自組裝方法已經實現了相對快速的納米點陣制造(通常需要幾天的厘米尺度面心立方(fcc)納米點陣)。特別是通過填充自組裝膠體模板的空洞制備的金屬納米晶格，具有10nm的周期特征、類鈦抗壓強度、選擇性光子吸收/發射、高溫和化學穩定性等。這些特性顯示了納米晶格相對于傳統多孔金屬的優勢，傳統多孔金屬具有隨機的孔結構和厚的支柱或壁。
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