Topology optimization of self-supporting metamaterials for additive manufacturing: a novel framework and validation

超材料 拓扑优化 拓扑(电路) 计算机科学 材料科学 工程类 结构工程 电气工程 光电子学 有限元法
作者
Ran Zheng,Bing Yi,Wenlong Liu,Long Liu,Xiang Peng,Yong Tao
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:34 (1): 015056-015056
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ada07d
摘要

Abstract Topology optimization (TO) for additive manufacturing (AM) often faces challenges related to overhang structures, increasing build time, material costs, and the need for support structures. This paper proposes a novel framework for designing and manufacturing two- and three-dimensional self-supporting metamaterials that eliminate the requirement for additional support during AM. By integrating an AM filter into the TO process, homogenization methods for evaluating elasticity properties, and a symmetry constraint to ensure connectivity between periodic unit cells, we demonstrate optimized self-supporting metamaterials. Manufacturability is verified through fused deposition modeling, and mechanical compression experiments confirm the performance of the resulting metamaterials. The approach offers a cost-effective and time-efficient solution for fabricating complex metamaterials without auxiliary supports.

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