中国科学院沈阳金属所的研究团队通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形技术制造了具有拓扑优化结构的多孔CP-Ti(纯钛),其具有极为优异的疲劳性能,在106次循环时具有约0.65的归一化疲劳寿命。
他们认为,SLM成形的多孔CP-Ti具有优异疲劳性能的原因主要有三个:
首先,经过拓扑优化设计的多孔CP-Ti结构能够能够使应力均匀分布,降低应力集中。他们将具有拓扑优化结构的多孔CP-Ti与菱形十二面体结构进行了比较,如图1。在1%的应变下,拓扑优化结构的最大拉伸应力约是菱形十二面体结构的1/2,并沿水平撑杆分布,应力集中相对降低;
图1 1%应变下拓扑优化结构与菱形十二面体结构中的应力分布
图2具有拓扑优化结构的多孔CP-Ti的TEM图像。(a)TEM明场图像;(b)孪晶薄片的明场图像;(c)相应孪晶区域的电子衍射图;(d)孪晶界面的原子尺度图像
参考文献:Liu Y J, Ren D C, Li S J, et al. Enhanced fatigue characteristics of a topology-optimized porous titanium structure produced by selective laser melting[J]. Additive Manufacturing, 2020: 101060.
来源:机械制造系统工程国家重点实验室