Compressive mechanical properties and shape memory effect of NiTi gradient lattice structures fabricated by laser powder bed fusion

材料科学 形状记忆合金 钛镍合金 复合材料 融合 激光器 有限元法 吸收(声学) 格子(音乐) 结构工程 光学 声学 语言学 物理 工程类 哲学
作者
Wei Chen,Dongdong Gu,Jiankai Yang,Qin Yang,Jie Chen,Xianfeng Shen
出处
期刊:International journal of extreme manufacturing [IOP Publishing]
卷期号:4 (4): 045002-045002 被引量:20
标识
DOI:10.1088/2631-7990/ac8ef3
摘要

Abstract Laser additive manufacturing (AM) of lattice structures with light weight, excellent impact resistance, and energy absorption performance is receiving considerable attention in aerospace, transportation, and mechanical equipment application fields. In this study, we designed four gradient lattice structures (GLSs) using the topology optimization method, including the unidirectional GLS, the bi-directional increasing GLS, the bi-directional decreasing GLS and the none-GLS. All GLSs were manufactureed by laser powder bed fusion (LPBF). The uniaxial compression tests and finite element analysis were conducted to investigate the influence of gradient distribution features on deformation modes and energy absorption performance of GLSs. The results showed that, compared with the 45° shear fracture characteristic of the none-GLS, the unidirectional GLS, the bi-directional increasing GLS and the bi-directional decreasing GLS had the characteristics of the layer-by-layer fracture, showing considerably improved energy absorption capacity. The bi-directional increasing GLS showed a unique combination of shear fracture and layer-by-layer fracture, having the optimal energy absorption performance with energy absorption and specific energy absorption of 235.6 J and 9.5 J g −1 at 0.5 strain, respectively. Combined with the shape memory effect of NiTi alloy, multiple compression-heat recovery experiments were carried out to verify the shape memory function of LPBF-processed NiTi GLSs. These findings have potential value for the future design of GLSs and the realization of shape memory function of NiTi components through laser AM.
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