Архитектурные ячеистые материалы: обзор их механических свойств в направлении проектирования и изготовления, устойчивых к усталости

Аддитивное производство промышленных высокопроизводительных деталей и изделий сегодня является реальностью, особенно для технологий аддитивного изготовления металлов. Степень сложности проектирования, ставшая теперь возможной, делает эти технологии особенно полезными для повышения эксплуатационных характеристик изделий в различных применениях. Аддитивное производство металлов достигло значительной зрелости и используется для производства конечных критичных к миссии деталей. Следующим этапом развития является использование намеренно спроектированных пористых металлов — архитектурных ячеистых или решетчатых структур. Ячеистые структуры могут быть разработаны или адаптированы для определённых механических или иных эксплуатационных характеристик и имеют многочисленные преимущества благодаря большой площади поверхности, низкой массе, регулярной повторяющейся структуре и открытым взаимосвязанным порам. Это особенно полезно для медицинских имплантатов и для легковесных компонентов в автомобильной и аэрокосмической отраслях, которые в настоящее время являются основными драйверами индустрии. Архитектурные ячеистые структуры ведут себя аналогично пенам с открытыми ячейками, которые уже нашли многие промышленные применения, такие как сэндвич-панели для поглощения ударов, радиаторы для теплового управления, фильтры или катализаторные материалы и звукоизоляция. Преимущество аддитивно изготовленных ячеистых структур заключается в точном контроле микроархитектуры, который становится возможен при этом процессе. Огромный потенциал этих пористых архитектурных ячеистых материалов, изготовляемых аддитивно, в настоящее время ограничивается обеспокоенностью их конструктивной целостностью. Это обоснованная обеспокоенность, учитывая сложность процесса производства и лишь недавнюю зрелость технологий аддитивного производства металлов. Может возникать множество потенциальных производственных ошибок, которые до сих пор приводили к широко рассеянным результатам в литературе для подобных структур, причем часто отмечались особенно плохие усталостные свойства. Со временем эти свойства улучшались, соответствуя зрелости и совершенствованию процессов аддитивного производства металлов. Поскольку причины ошибок и их влияние на механические свойства теперь лучше понятны, многие базовые проблемы можно устранить или смягчить. Это делает аддитивно изготовленные ячеистые структуры весьма обоснованным вариантом для прорывных новых и улучшенных промышленных изделий. В этом обзоре обсуждается достигнутый прогресс в улучшении усталостной работы ячеистых структур, изготовленных аддитивно, особенно на основе металлов, даются выводы и прогнозы на будущее для усталостно-устойчивых аддитивно изготовленных архитектурных ячеистых материалов.