摘要：土耳其杜姆卢珀纳尔大学的科研人员报道了金属粉末增材制造能量吸收晶格结构研究：Ti6Al4V、Inconel 718与AISI 316L的对比分析研究进展。相关论文以“Investigation of Lattice Geometries Formed by M

长三角G60激光联盟导读

土耳其杜姆卢珀纳尔大学的科研人员报道了金属粉末增材制造能量吸收晶格结构研究：Ti6Al4V、Inconel 718与AISI 316L的对比分析研究进展。相关论文以“Investigation of Lattice Geometries Formed by Metal Powder Additive Manufacturing for Energy Absorption: A Comparative Study on Ti6Al4V, Inconel 718, and AISI 316L”为题发表在《Machines》上。

在能量吸收与耐撞性领域，冲击吸能结构具有广泛的应用需求。此类结构在提升机械性能的同时还需实现轻量化设计，这使得晶格结构成为研究焦点。本研究采用金属粉末增材制造新工艺，制备了由方形和六边形晶格构成的吸能结构（亦称碰撞盒），通过准静态轴向加载实验获取其力学性能与能量吸收数据。试样采用Ti6Al4V、Inconel 718和AISI 316L三种材料，构建了18种矩阵结构。研究表明：晶格结构的能量吸收能力最高可达同材料组实体结构的4.5倍；归一化数据显示，Ti6Al4V六边形试样的能量吸收效率领先4.3倍；AISI 316L凭借延展性展现出最佳压溃性能。

图1.混合结构示意图

图2.简化汽车吸能盒模型示意图

图3.晶格结构单元示意图

图4.试验矩阵构建示意图

图5.(a)颗粒分布分析用干筛装置，(b)激光衍射粒度分析仪

图6.(a)材料拉伸-应力曲线，(b)拉伸试样示意图

图7.Ti6Al4V粉末微观结构(SEM)分析

图8.AISI 316L粉末微观结构(SEM)分析

图9.Inconel 718粉末微观结构(SEM)分析

图10.制备完成试样展示图

图11.试验样本制备方案示意图

图12.Ti6Al4V-AISI 316L-Inconel 718混合粉末SEM图像（200µm/30倍）

图13.三维激光扫描仪尺寸检测示意图

图14.准静态压缩实验系统示意图

图15.Ti6Al4V组试样实验结果

图16.AISI 316L组试样实验结果

图17.Inconel 718组试样实验结果

本研究采用选区激光熔化（SLM）技术成功制备了18种传统方法难以加工的混合结构，通过轴向载荷实验对比分析了其力学性能。针对SLM工艺常用的Ti6Al4V、AISI 316L和Inconel 718三种粉末材料，结合微观结构分析与力学测试，得出以下结论：

1)生产质量方面，所有粉末均实现良好成形，其中Ti6Al4V与Inconel 718试样质量优于AISI 316L。AISI 316L胞元连接处的深层裂纹导致其轴向承载能力下降，但通过优化工艺可提升其能量吸收表现。

2)混合结构在所有材料中均表现出优于薄壁结构的能量吸收与压溃效率，证实其吸能优势。

3)Ti6Al4V材料因低比重在归一化能量吸收效率上表现突出，其六边形-六边形结构（1号试样）效率达基准值的4.3倍。

4)归一化数据显示，Ti6Al4V与Inconel 718的六边形结构初始峰值反作用力可达基准的10倍。

5)AISI 316L试样凭借延展性呈现规则的断裂曲线，其平均压溃力最高可达其他试样的4倍。

6)六边形外壳结构因载荷分布均匀性，在所有实验组中均展现出优于方形结构的吸能性能。

7)胞元几何形态对比表明，六边形结构较圆形结构具有相对强度优势。当前0.6mm直径试样的差异虽小，但放大结构后将显现更大区别。

8) 增材制造技术实现了传统方法难以加工的混合结构精密成形，三维扫描检测证实试样公差控制在±0.07mm–0.004mm范围内。

论文链接：

长三角G60激光联盟陈长军转载

热忱欢迎参加我们在2025年5-27-29日举办的两机展和激光在两机（飞机发动机和燃气轮机）及低空经济中的应用大会

来源：江苏激光联盟