Bending and compressive strength of lattice structures manufactured by SLM

This work study is majorly about lattice structures (f2-BCC and f2-FCC-L), by means of additive manufacturing for AlSi10Mg using selective laser melting (SLM). These two micro lattice structures have better strength to weight ratio, greater stiffness, and good energy absorption characteristics. FEM analysis is done considering meta materials to build the sample considering the various defects like voids and porosity. All the defects from additive manufacturing are considered while using ductile damage model of Gurson Tveergard Needleman (GTN). GTN model in FEM analysis is made and compared with experimental test for three-point bending and compression analysis. By introducing a middle plane section in the three-point bending model (thickness equal to the diameter of strut) improves the result. All the experiments are captured through digital image correlation (DIC) to check whether the strain concentration of strut in the maximum displacement area and the results of the ruptured experimental samples is compared with DIC results. Tomography is used to analyze the real lattice model of f2-BCC and f2-FCC-L. The geometry, strut dimension, porosity, voids as well as the analysis of the experimental f2-BCC model is analyzed using tomography. Thus, the real model has been improved considering manufacturing limitations. Finally, the dynamic effect in FEM model is studied to understand it’s behavior by using the GTN model. The dynamic effect is avoided by increasing the time thus reducing the load rate with constant displacement.

Questo lavoro di tesi tratta principalmente di strutture reticolari f2-BCC e f2-FCC-L, ottenute tramite l’utilizzo di additive manufacturing della lega AlSi10Mg utilizzando la tecnica del Selective Laser Melting (SLM). Queste due tipologie di strutture micro-cristalline hanno migliori proprietà meccaniche a parità di peso, migliore rigidezza e buone caratteristiche di resilienza. Svariate analisi FEM sono state condotte considerando i provini costituiti dai meta-materiali tenendo anche conto dei vari difetti come porosità e vuoti. Tutte le difettosità derivanti dall’utilizzo dell’additive manufacturing sono state considerate utilizzando il modello di danneggiamento duttile di Gurson Tveergard Needleman (GTN). Il modello GTN nell’analisi FEM è stato comparato con test sperimentali in compressione e in flessione a tre punti. L’introduzione di una sezione nel piano medio nel modello di flessione a tre punti (spessore uguale al diametro della struttura), ha portato a un miglioramenti dei risultati.Tutti gli esperimenti sono stati campionati mediante l’utilizzo della digital image correlation (DIC), confrontata poi con la massima deformazione nella sezione di massima freccia e con i risultati dei provini portati a rottura.Un’analisi tomografica è stata utilizzata per analizzare l’effettivo reticolo cristallino presente nel reticolo f2-BCC e f2-FCC-L. La geometria, la dimensione della struttura, la porosità, i vuoti e anche l’analisi del modello sperimentale del reticolo f2-BCC sono stati analizzati utilizzando la tomografia. Successivamente il modello reale è stato migliorato considerando le limitazioni tecnologiche.Infine, l’effetto dinamico è stato studiato tramite modelli FEM, per capirne le proprietà, utilizzando il modello GTN. L’effetto dinamico è evitato tramite l’aumento del tempo, quindi tramite la riduzione del coefficiente di carico a parità di spostamento.