CN117108907A - 一种陶瓷八面体平板点阵结构 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷八面体平板点阵结构，其包括八面体平板式晶格结构，以及截角胞元结构。所述八面体平板式晶格结构包括平板，以及外孔道结构，所述平板有长边，以及短边，所述长边和所述短边交错连接，多个八面体平板式晶格结构矩阵排列设置并通过外孔道结构相互连接，形成平板式的八面体，在连接处不会存在几何构型复杂的节点，避免对点阵材料的力学性能产生影响。所述截角胞元结构位于两个所述平板的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构上，所述截角胞元结构由四个实心梁由正交连接组成，所述实心梁具有三个面的截角结构。阵列设置具有截角结构的所述截角胞元结构，能有更高的强度重量比和高比刚度，同时最大限度上利用材料，减少结构的自重。
Description
技术领域
本发明涉及八面体桁架结构技术领域，特别涉及一种陶瓷八面体平板点阵结构。
背景技术
近些年来，点阵材料因其卓越的力学性能受到人们的广泛关注与传统材料相比，点阵材料具有轻质、高比刚度、高比强度、高吸能效率可控的泊松比和材料设计本身的各向异性等特点，在满足承载性能的同时，还可以满足多种功能的需求，可作为结构支撑材料、吸能材料、降噪材料、导热材料和生物材料，在航空航天、医学和交通等领域有广阔的应用前景。在点阵材料中，杆件与杆件连接处存在的几何构型复杂的节点。节点的存在会对点阵材料的力学性能产生一定的影响，如对体心立方点阵材料而言，节点效应会不仅影响材料的相对密度，还会影响材料的承载性能。其中，八角点阵结构作为经典的拉伸失效结构在结构支撑和吸能等领域扮演着重要的角色。八角点阵材料在传统制备过程中节点处极容易出现缺陷，缺陷的存在会显著的影响点阵材料的力学性能，如弹性模量、承载能力、吸能特性和泊松比等。因此，为了提升材料性能，需要对点阵材料进行合理的几何构型设计。现有技术中的八角点阵结构一般在连接处会有圆形的节点，同时会在八角点阵结构之间填充实心材料来提高强度，但是节点效应不仅影响材料的相对密度，还会影响材料的承载性能，而实心填充的材料的使得结构的自重增加，不利于轻量化设计。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种陶瓷八面体平板点阵结构，以解决上述技术问题。
一种陶瓷八面体平板点阵结构，其包括多个八面体平板式晶格结构，以及多个截角胞元结构，所述八面体平板式晶格结构包括八个平板，以及六个外孔道结构，所述平板的边缘具六条边，其中有三条长边，以及三条短边，所述长边和所述短边交错连接，所述长边用于与相邻的所述平板连接，所述短边用于与所述外孔道结构连接。多个八面体平板式晶格结构矩阵排列设置并通过所述外孔道结构相互连接。所述截角胞元结构位于两个所述平板的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构上，所述截角胞元结构由四个实心梁在节点处正交连接组成，所述实心梁的一端相互连接，另一端为具有三个面的截角结构。
进一步地，在八个平板相互连接后可形成平板式的八面体，所述平板的形状呈三角形。
进一步地，所述外孔道结构为正方形且正方形的四个角上设置有斜面。
进一步地，四个所述斜面用于设置所述截角胞元结构，同时连接两个所述平板连接处的侧壁。
进一步地，所述平板和所述外孔道结构的中心都设置有于自身轮廓形状相同的通孔。
进一步地，多个八面体平板式晶格结构矩阵排列设置并通过所述外孔道结构相互连接。
进一步地，相邻的所述截角胞元结构的所述截角结构上相互贴合，以拼接连接。
进一步地，所述实心梁的杆长半径比为0.3～0.9，所述实心梁的截面优选为圆形，圆截面半径为0.1～0.8mm。
与现有技术相比，本发明提供的一种陶瓷八面体平板点阵结构的所述平板为六边形结构并边缘具有三条长边，以及三条短边。所述长边和所述短边交错连接，从而使所述平板的形状呈三角形具有更高的稳定性。在八个平板相互连接后即可形成平板式的八面体，平板式的八面体在连接处不会存在几何构型复杂的节点，避免对点阵材料的力学性能产生一定的影响，提高稳定性，有效的增加材料在大应变下断裂韧性，其泊松比仍在设置值附近波动，即增强了材料结构强度和刚性，提供出色的力学性能。所述截角胞元结构位于两个所述平板的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构上，所述截角胞元结构由四个实心梁在节点处正交连接组成，所述实心梁的一端相互连接，另一端为具有三个面的截角结构。阵列设置具有截角结构的所述截角胞元结构，能有更高的强度重量比和高比刚度，同时最大限度上利用材料，减少结构的自重。
附图说明
图1为本发明提供的一种陶瓷八面体平板点阵结构的结构示意图。
图2为图1的陶瓷八面体平板点阵结构所具有的八面体平板式晶格结构的结构示意图。
图3为图1的陶瓷八面体平板点阵结构所具有的截角胞元结构的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示，其为本发明提供的一种陶瓷八面体平板点阵结构的结构示意图。所述陶瓷八面体平板点阵结构包括多个八面体平板式晶格结构10，以及多个截角胞元结构20。可以想到的是，所述陶瓷八面体平板点阵结构还包括其他的一些功能结构，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。
所述八面体平板式晶格结构10包括八个平板11，以及六个外孔道结构12。
所述平板11的边缘具六条边，其中有三条长边111，以及三条短边112。所述长边111和所述短边112交错连接，从而使所述平板11的形状呈三角形具有更高的稳定性。所述长边111用于与相邻的所述平板11连接，所述短边112用于与所述外孔道结构12连接。在八个平板11相互连接后即可形成平板式的八面体，同时由于是平板式的八面体在连接处不会存在几何构型复杂的节点，避免对点阵材料的力学性能产生一定的影响，提高稳定性，在不同方向上都能够有效传递力量，提供出色的力学性能。所述外孔道结构12为正方形且正方形的四个角上设置有斜面121，四个所述斜面121用于设置所述截角胞元结构20，同时连接两个所述平板11连接处的侧壁，从而连接八面体的六个顶点位置。所述平板11和所述外孔道结构12的中心都设置有于自身轮廓形状相同的通孔，从而与内部空间连通减少结构的自重。多个八面体平板式晶格结构10矩阵排列设置并通过所述外孔道结构12相互连接，从而连接成一个整体。
所述截角胞元结构20位于两个所述平板11的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构12上，所述截角胞元结构20由四个实心梁21在节点处正交连接组成，
所述实心梁21的一端相互连接，另一端为具有三个面的截角结构22。相邻的所述截角胞元结构20的所述截角结构22上相互贴合从而拼接连接。所述实心梁21的杆长半径比为0.3～0.9，所述实心梁21的截面优选为圆形，圆截面半径为0.1～0.8mm。相较于现有技术中的实心填充，通过将具有截角结构的所述截角胞元结构20点阵设置能有更高的强度重量比和高比刚度，同时最大限度上利用材料，减少结构的自重，为高比刚度、高比强度以及轻量化设计奠定良好的基础。
所述陶瓷八面体平板点阵结构一体成型，由于现有技术的制造对于八面体桁架结构难以一次成型，且成型精度低、制备成本高。因此本发明还提供一种基于DLP(数字光处理)的制备方法，主要是DLP(数字光处理)以层间固化堆叠为主，具有大幅面、高精度的优势，其包括以下步骤：
步骤1，在三维绘图软件中绘制出所述陶瓷八面体平板点阵结构，再导出STL文件。
步骤2，将STL文件导入到工业切片软件中进行模型切片处理，切片层厚为40μm，再导出光固化3D打印机可识别的切片文件；
步骤3，将步骤2中的切片文件导入到打印机中并设置曝光时间为2秒，层间曝光强度为12mW/cm，层间曝光时间为5秒进行固化打印；
步骤4，打印结束后，将打印样品从网板上取出，样品用酒精喷枪进行清洗处理，清洗结束后即可得到所需的生坯，清洗好的样品还需放在树脂中保存。
步骤5，打印后的陶瓷截角八面体平板点阵结构生胚先在马弗炉中脱脂至550℃，然后于马弗炉中烧结至1150℃，即可得到致密、无缺陷的陶瓷八面体平板点阵结构。
与现有技术相比，本发明提供的一种陶瓷八面体平板点阵结构的所述平板11为六边形结构并边缘具有三条长边111，以及三条短边112。所述长边111和所述短边112交错连接，从而使所述平板11的形状呈三角形具有更高的稳定性。在八个平板11相互连接后即可形成平板式的八面体，平板式的八面体在连接处不会存在几何构型复杂的节点，避免对点阵材料的力学性能产生一定的影响，提高稳定性，有效的增加材料在大应变下断裂韧性，其泊松比仍在设置值附近波动，即增强了材料结构强度和刚性，提供出色的力学性能。所述截角胞元结构20位于两个所述平板11的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构12上，所述截角胞元结构20由四个实心梁21在节点处正交连接组成，所述实心梁21的一端相互连接，另一端为具有三个面的截角结构22。阵列设置具有截角结构的所述截角胞元结构20，能有更高的强度重量比和高比刚度，同时最大限度上利用材料，减少结构的自重。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (8)
1.一种陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：所述陶瓷八面体平板点阵结构包括多个八面体平板式晶格结构，以及多个截角胞元结构，所述八面体平板式晶格结构包括八个平板，以及六个外孔道结构，所述平板的边缘具六条边，其中有三条长边，以及三条短边，所述长边和所述短边交错连接，所述长边用于与相邻的所述平板连接，所述短边用于与所述外孔道结构连接，多个八面体平板式晶格结构矩阵排列设置并通过所述外孔道结构相互连接，所述截角胞元结构位于两个所述平板的连接处且阵列分布延伸至两侧的所述外孔道结构上，所述截角胞元结构由四个实心梁在节点处正交连接组成，所述实心梁的一端相互连接，另一端为具有三个面的截角结构。
2.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：在八个平板相互连接后可形成平板式的八面体，所述平板的形状呈三角形。
3.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：所述外孔道结构为正方形且正方形的四个角上设置有斜面。
4.如权利要求3所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：四个所述斜面用于设置所述截角胞元结构，同时连接两个所述平板连接处的侧壁。
5.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：所述平板和所述外孔道结构的中心都设置有于自身轮廓形状相同的通孔。
6.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：多个八面体平板式晶格结构矩阵排列设置并通过所述外孔道结构相互连接。
7.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：相邻的所述截角胞元结构的所述截角结构上相互贴合，以拼接连接。
8.如权利要求1所述的陶瓷八面体平板点阵结构，其特征在于：所述实心梁的杆长半径比为0.3～0.9，所述实心梁的截面优选为圆形，圆截面半径为0.1～0.8mm。
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