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《Ceramics International》:基于应力波的氧化锆多孔陶瓷残余应力理论模型及实验验证

《Ceramics International》:基于应力波的氧化锆多孔陶瓷残余应力理论模型及实验验证

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-08-22 18:40
  • 访问量:

【概要描述】

《Ceramics International》:基于应力波的氧化锆多孔陶瓷残余应力理论模型及实验验证

【概要描述】

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2022年5月11日,河南理工大学、山东理工大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Theoretical model based on stress waves and experimental verification of residual stress in stereolithography printed ZrO2 porous ceramics的研究论文,建立了基于SLA 3D打印多孔结构零件残余应力应力波的理论模型,并通过实验验证了该理论模型的正确性和有效性。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.05.073

  研究简介  

在快速发展的多孔陶瓷领域中,立体光刻(SlA)工艺是3D打印医用植入体用氧化锆(ZrO2)陶瓷悬浮液的重要方法。然而在多孔陶瓷的SLA 3D打印过程中,收缩和应力波会导致残余应力。本文建立了基于应力波的SLA 3D打印氧化锆陶瓷多孔结构零件残余应力的理论模型。研究发现,残余应力随孔隙大小的变化趋势与应力集中系数的变化趋势一致。研究人员采用SlA 3D打印技术打印了具有两种孔(方孔和圆孔)的氧化锆陶瓷多孔样品。通过对打印件表面残余应力的测量,验证了理论模型的正确性。本研究提出的理论模型为陶瓷多孔结构的SLA 3D打印提供了理论指导。

  研究内容解读  

本研究在已有的SLA 3D打印实体零件残余应力产生机理模型的基础上,建立了基于应力波的SLA 3D打印多孔结构零件残余应力理论模型,并分析了残余应力的产生和发展机理。通过SLA-3D打印氧化锆陶瓷悬浮液验证了理论模型的正确性。研究结果可为SLA-3D打印技术的实际应用提供指导。

图2 两种不同的3D打印样品。

图3 用于测量多孔结构试样表面残余应力的点的位置。

图4 SLA 3D打印氧化锆陶瓷样品。

图6 SLA 3D打印方孔氧化锆样品的SEM图像。

图8 SLA 3D打印圆孔氧化锆样品的SEM图像。

图9 样品的大小划分和间距。

  研究结论  

本文建立了基于SLA-3D打印多孔结构零件残余应力应力波的理论模型。模型结果表明,残余应力和应力集中系数对孔隙大小的依赖关系相似,通过调整孔的类型和尺寸可以改变残余应力。通过SLA-3D打印实验对理论模型进行验证,结果表明,SLA 3D打印过程中产生的表面残余应力为拉应力。随着孔尺寸的增大,方孔和圆孔的变形程度先增大后减小,残余应力也呈现出相同的趋势。方孔试样表面残余应力随孔尺寸的变化比圆孔试样表面残余应力随孔尺寸的变化更显著。实验结果与理论模型吻合较好,验证了该理论模型的正确性和有效性。

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