Különböző kitöltésű 3D nyomtatott rudak hajlítási merevsége
Az elmúlt évtizedben számos szakirodalom foglalkozott a 3D nyomtatott, PLA anyagú keresztmetszetek vizsgálatával ([1], [2 ], [3]). Ezekben a publikációkban lehajlásvizsgálattal kísérletezték ki a legoptimálisabb keresztmetszeti textúrát, illetve annak a kitöltési sűrűségét, a szakítószilárdság és a törőerő vizsgálatával. Ezekből a cikkekből viszont hiányzik az elméleti modell, illetve a parametrikus tervezési lehetőség, ennek hiányát szeretné pótolni a dolgozat.
A legoptimálisabb textúra amellett, hogy a lehető legkedvezőbb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik (általunk vizsgált tulajdonság az inercia), a lehető legkevesebb anyagfelhasználással készül el, így gazdaságos is. Az általunk legjobbnak tekintett kitöltés az inercia és a terület hányadosának maximuma.
A dolgozatban vizsgált keresztmetszetek lineáris, másodrendű, harmadrendű, cosinus, ellipszis, illetve cosinus hyperbolicus görbe kitöltésűek, a hajlítás mellett igazodva más jellegű teherviseléshez. Ezen felül elemeztünk rácsos kitöltésű keresztmetszeteket is. A görbe kitöltéseket offset (önmagukkal párhuzamosan eltolt) görbékkel írtuk le, melynek az eddigi, differenciálgeometriai [4] irodalomban paraméteres megadása fordult elő, könnyebb számíthatóság érdekében szükségünk volt explicit alakra, melyhez simulókörös, illetve elsőrendű közelítő megoldást vezettünk le.
Várakozásaink szerint az elméleti modell érvényességét kísérleti modellel igazoljuk. Egy jól parametrizálható, keresztmetszet optimalizáló program felhasználható lehet az építőiparban is gazdaságos keresztmetszetek, például födémgerendák, vagy homlokzatburkolatok megtervezésénél, ezzel is csökkentve az egyik legkörnyezetszennyezőbb iparág anyagfelhasználását, illetve hulladéktermelését.
A dolgozatban ismertetett rudak textúrái síkbeli kitöltési mintázatok, a továbbiakban érdemes lehet megvizsgálni a térbeli változatokat is.
[1]Lucas Lopes, Daniel Reis, Adilson Paula Junior and Manuela Almeida – Influence of 3D Microstructure Pattern and Infill Density on the Mechanical and Thermal Properties of PET-G Filaments (2023. május)
[2] Meltem Eryildiz – The effects of infill patterns on the mechanical properties of 3D printed PLA parts fabricated by FDM (2021. március 15.)
[3] Vasile Cojocaru, Doina Frunzaverde, Calin-Octavian Miclosina – On the Behavior of Honeycomb, Grid and Triangular PLAStructures under Symmetric and Asymmetric Bending (2022. október 31.)
[4] Szőkefalvi-Nagy Gyula, Gehér László, Nagy Péter: Differenciálgeometria (1979.)