Numerical and Experimental Investigation of Failure Mechanisms in Additively Manufactured Multimaterial Triply Periodic Minimal Surface Polymer Cellular Materials

材料科学 复合材料 聚乳酸 小旋翼机 制作 有限元法 复合数 聚对苯二甲酸乙二醇酯 互连性 变形(气象学) 最小曲面 聚合物 表面能 剪切(地质) 压缩成型 同种类的 纳米材料 压缩(物理) 超细纤维 压力(语言学) 材料性能 聚乙二醇 蛋白质丝 钻石 变形机理 同质性(统计学) 熔丝制造 剪应力 曲面(拓扑) 抗压强度
作者
Fatih Huzeyfe Öztürk,Abdurrahim Temiz,Fatih Pehlivan
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:28 (4) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adem.202502387
摘要

Triply periodic minimal surface (TPMS) lattices are an emerging class of cellular materials with excellent potential for lightweight structural and energy‐absorbing applications. In this study, gyroid (G), diamond (D), and primitive (P) architectures were fabricated via fused filament fabrication (FFF) using three material configurations: (i) single‐phase polylactic acid (PLA) or polyethylene terephthalate glycol (PETG); (ii) layered PLA‐PETG composite structures (50/50), in which the lower half was printed with PLA and the upper half with PETG; and (iii) layered composites with PLA shells and PETG cores. Quasi‐static compression tests were combined with finite element simulations to elucidate stress distribution, deformation mechanisms, and collapse progression. The results demonstrate that homogeneous blends delay crack initiation and enhance specific energy absorption through progressive collapse, while layered composites improve stability by redirecting stresses via the PLA shell. Finite element analysis successfully captured shear banding, layer‐wise buckling, and localized fracture, confirming the predictive capability of the simulations. The findings highlight the strong interplay between lattice geometry and material configuration in tailoring mechanical performance and provide guidelines for the design of multifunctional polymer‐based cellular composites produced by additive manufacturing.
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