鐳明激光助力沈陽理工大學(xué)在增強3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

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時間：2025-12-09

蜂窩結(jié)構(gòu)長期以來因其輕質(zhì)高強的特性而備受重視，成為各種工程應(yīng)用的理想選擇。傳統(tǒng)的六邊形蜂窩設(shè)計已被廣泛應(yīng)用，開發(fā)出滿足特定機械要求的多種結(jié)構(gòu)形式。然而，隨著應(yīng)用場景的日益多樣化，越來越需要能在不同加載條件下提供特定機械響應(yīng)的蜂窩結(jié)構(gòu)。

為此，沈陽理工大學(xué)徐名揚團隊開始關(guān)注新的設(shè)計方法，將梯度策略、生物結(jié)構(gòu)和增材制造相結(jié)合，為設(shè)計具有優(yōu)異力學(xué)性能或能量吸收能力的蜂窩結(jié)構(gòu)提供新思路。

研究團隊通過模仿竹壁橫截面微觀結(jié)構(gòu)和蝙蝠翅膀骨架結(jié)構(gòu)，設(shè)計了兩種仿生梯度圓形蜂窩結(jié)構(gòu)：壁啟發(fā)嵌套自相似梯度蜂窩（WNSGH）和骨架啟發(fā)嵌套非自相似梯度蜂窩（SNNGH），并研究了這兩種梯度蜂窩結(jié)構(gòu)和常規(guī)圓形蜂窩結(jié)構(gòu)（RCH）在三種加載速度下的面內(nèi)壓縮力學(xué)行為。

從左至右為3D打印樣品：RCH、WNSGH和SNNGH

(a)RCH、(b) WNSGH及(c) SNNGH三種蜂窩結(jié)構(gòu)的幾何尺寸示意圖。

這三種蜂窩結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)均包含6層結(jié)構(gòu)。梯度蜂窩結(jié)構(gòu)由不同幾何構(gòu)型的單元體自上而下逐層堆疊構(gòu)成，每兩層為一個梯度層級，最終形成三層梯度結(jié)構(gòu)的蜂窩架構(gòu)。

相關(guān)研究成果“Mechanical characteristics of additive manufactured biomimetic gradient circular honeycombs with nested strategy under static and dynamic loading”發(fā)表于國際力學(xué)領(lǐng)域期刊International Journal of Impact Engineering上，該期刊2023年影響因子為5.1。

研究人員還將甲蟲翅鞘中肋板增強的微觀結(jié)構(gòu)引入傳統(tǒng)六邊形蜂窩中，結(jié)合多層梯度結(jié)構(gòu)的特點，設(shè)計了兩種肋板增強梯度蜂窩結(jié)構(gòu)：壁肋增強梯度蜂窩（WRRGH）和頂點肋增強梯度蜂窩（VRRGH）。采用SLM技術(shù)制備了AlSi10Mg合金梯度蜂窩結(jié)構(gòu)試件，并研究了這兩種梯度蜂窩結(jié)構(gòu)和均質(zhì)六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)在三種應(yīng)變率（10?³ s?¹、220 s?¹、1500 s?¹）下的面內(nèi)力學(xué)性能和能量吸收能力。

3D打印過程和選擇性激光熔化(SLM)制造的梯度蜂窩試件：(a)打印方向；(b)制造過程；(c)成型試件

在3種應(yīng)變率下這兩種梯度蜂窩的比吸能（SEA）均大于均質(zhì)蜂窩。本研究為設(shè)計具有優(yōu)異力學(xué)性能和抗沖擊能力的多層梯度蜂窩結(jié)構(gòu)提供了新的視角。研究成果“Mechanical properties of additively manufactured AlSi10Mg alloy gradient honeycomb with rib reinforcement at different strain rates”發(fā)表于Thin-Walled Structures，2023年影響因子為5.7。

鐳明激光為此提供了LiM-X260A設(shè)備支持，幫助科研團隊成功制備出符合要求的AlSi10Mg合金梯度蜂窩結(jié)構(gòu)實驗樣件，為后續(xù)研究順利進(jìn)行奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

鐳明激光LiM-X系列SLM設(shè)備憑借高穩(wěn)定性與高打印質(zhì)量，助力香港科技大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、西安理工大學(xué)、河北科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院、廣東輕工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院等用戶實現(xiàn)課題研究、教育教學(xué)、人才培養(yǎng)。

設(shè)備力就是科研力。一直以來，鐳明激光都堅持聚焦教育科研用戶核心訴求，充分發(fā)揮金屬3D打印技術(shù)優(yōu)勢，支持高校和科研院所持續(xù)探索并取得研究成果。未來，我們?nèi)詴粩喟l(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，在設(shè)備設(shè)計制造及專業(yè)服務(wù)等方面持續(xù)升級，以研促產(chǎn)，持恒精進(jìn)，為更多教育科研用戶提供全方位金屬3D打印解決方案。

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