On the Effect of Lattice Topology on Mechanical Properties of SLS Additively Manufactured Sheet-, Ligament-, and Strut-Based Polymeric Metamaterials
Notice bibliographique
Résumé
Cellular lattices with architectural intricacy or metamaterials have gained a substantial amount of attention in the past decade due to the recent advances in additive manufacturing methods. The lattice topology controls its physical and mechanical properties; therefore, the main challenge is selecting the appropriate lattice topology for a desired function and application. In this work, we comprehensively study the topology-property relationship of three classes of polymer metamaterials based on triply periodic minimal surfaces (TPMS) of sheet/shell and ligament types, and other types of well-known strut-based lattices. The study uses a holistic approach of designing, additive manufacturing, microstructural characterization, and compressive uniaxial mechanical testing of these polymer lattices that are 3D-printed using the laser powder bed fusion technique known as selective laser sintering (SLS). In total, 55 lattices with different topologies and relative densities were 3D-printed and tested. Printing quality was assessed using scanning electron microscopy and micro-computed tomography. The extracted mechanical properties of elastic modulus, yield strength, plateau strength, and energy absorption are thoroughly compared between the different lattice architectures. The results show that all the investigated ligament-based TPMS polymer lattices exhibit bending-dominated elastic and plastic behavior, indicating that they are suitable candidates for energy absorbing applications. The sheet-based TPMS polymer lattices, similarly to the well-known Octet-Truss lattice, exhibited an elastic stretching-dominated mode of deformation and proved to have exceptional stiffness as compared to all other topologies, especially at low relative densities. However, the sheet-based TPMS polymer lattices exhibited a bending-dominated plastic behavior which is mainly driven by manufacturing defects. Overall, however, sheet-based TPMS polymer lattices exhibited the best mechanical properties, followed by strut-based lattices and finally by ligament-based TPMS lattices. Finally, it is depicted that at high relative densities, the mechanical properties of lattices of various architectures tend to converge, which implies that the topological effect is more significant at low relative densities. Generally, this study provides important insights about the selection of polymer mechanical metamaterials for various applications, and shows the superiority of TPMS-based polymer metamaterials as compared to several other classes of polymer mechanical metamaterials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».