Topological Optimization of 3D Printed Nylon: Influence of Infill on Fatigue, UTS, and Porosity

填充 极限抗拉强度 结构工程 喷嘴 多孔性 材料科学 拓扑(电路) 常量(计算机编程) 3d打印 可靠性(半导体) 实验设计 复合材料 拓扑优化 工程类 3D打印 统计分析 机械工程
作者
Sandra L. Rodríguez Reyna,Jorge H. Díaz Aguilera,Héctor R. Acevedo Parra,Ch. J. García,Fidencio Tapia
出处
期刊:Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures [Wiley]
标识
DOI:10.1111/ffe.70284
摘要

ABSTRACT In this study, the fatigue behavior of Nylon PA66 manufactured by 3D printing was evaluated using three commercial standard infill patterns (hexagonal, concentric, and linear) and two proprietary topological design patterns (hexagonal–concentric and hexagonal–linear) developed in CAD. All samples maintained a constant 80% infill and the same weight. Two designs of experiments (DOE) and ANOVA analysis were applied to optimize the tensile strength, minimize the porosity, and design optimized geometries by combining single patterns. Increasing the nozzle temperature from 260°C to 280°C improved the UTS by 33%. In terms of fatigue performance, both topological patterns exceeded one million cycles at 5 Hz when the applied load did not exceed 60% of the UTS, demonstrating a remarkable improvement in the behavior of the material. These results underline the influence of internal topological infill design on the mechanical strength of Nylon PA66 under static and dynamic loads but considering a statistical reliability approach.
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