This post is also available in:
English (אנגלית)
מחקר חדש שופך אור על התנהגותם של רכיבים קלי-משקל שיוצרו בהדפסת תלת-ממד תחת עומס. ממצאים אלו עשויים לשפר את האמינות והיעילות של רכיבים שכאלה בתעשיות רבות. המחקר מתמקד בשיפור שיטות לחיזוי חוזק של חלקים שיוצרו באמצעות הדפסה תלת-מימדית, במיוחד כאלה עם מבנים פנימיים מורכבים שמפחיתים חומר תוך שמירה על ביצועים מכניים.
המחקר בוצע במרכז למבנים מתקדמים וחומרים מרוכבים של אוניברסיטת מיין (University of Maine’s Advanced Structures and Composites Center). שם, החוקרים פיתחו שיטת מידול חדשה שמשלבת בין סימולציות ממוחשבות לניסויים מעשיים. הם התמקדו במבנה פנימי מסוג Gyroid – תבנית סריג מחזורית שנפוצה בהדפסת תלת-ממד בזכות יכולתה לחלק עומסים באופן שווה, לשמור על יציבות, ולהפחית משקל.
כדי לבדוק איך המבנה מגיב לעומסים שונים, הצוות ביצע סימולציות FEA (finite element analysis) ואז בחן דגמים פיזיים תחת עומסי דחיסה וגזירה. על פי Interesting Engineering, התוצאות הראו שהמודלים החישוביים היו מדויקים, וחזו היטב את ההתנהגות של החלקים במציאות.
בניגוד לשיטות קיימות, המתקשות לחזות את הביצועים של מבנים פנימיים מורכבים, השיטה החדשה מציעה נוסחאות חצי-אמפיריות שניתן לשלב ישירות בתהליך התכנון או בכלי אופטימיזציה. כך, מהנדסים יכולים לבחור חומרים ולתכנן מבנים בצורה מושכלת יותר כבר בשלבים הראשונים של הפיתוח.
להתקדמות הזו חשיבות רבה בתחומים כמו תעופה וחלל, רכב, ביטחון ומכשור רפואי – שבהם חשוב להשיג חוזק גבוה במשקל נמוך. בזכות תחזיות מדויקות יותר, מהנדסים יוכלו להפחית שימוש מיותר בחומרים, תוך שמירה על ביצועים – ואולי אף שיפורם.
החוקרים מדגישים שהשיטה שפותחה אינה מוגבלת למבני Gyroid, וניתן להתאים אותה גם לדגמי מילוי פנימיים אחרים בהדפסת תלת-ממד. בכך, נפתחות אפשרויות חדשות לתכנון רכיבים חזקים וקלים יותר.
ממצאי המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת Progress in Additive Manufacturing, ומהווים צעד חשוב לעבר ייצור רכיבים מודפסים מדויקים, יעילים ואמינים יותר – כבר משלב התכנון.
