scholarly journals Sustainable FDM additive manufacturing of ABS components with emphasis on energy minimized and time efficient lightweight construction

Author(s):  
Khalid A. Al-Ghamdi
Metals ◽  
2020 ◽  
Vol 10 (5) ◽  
pp. 666
Author(s):  
Haibin Geng ◽  
Jinglong Li ◽  
Jianjun Gao ◽  
Xin Lin

Wire and arc additive manufacturing of stiffened ribs for fabricating large integral panel components holds promise for lightweight construction, but stress and warpage remain intractable problems. This work take stress in central lines as a research focus, theoretically analyzes stress evolution along central lines without a stress distribution hypothesis, then further develops prediction models of warpage, based on general beam theory. The stress and warpage models are then verified by experimental results. The results showed that below 40 layers, the stress in the top layer increased rapidly to the yield strength. Following the continuous deposition of up to 100 layers, stress increased slowly, then gradually trended to a constant level. After 100 layers of deposition, the top-layer-plane stress in the 10th layer decreased from 68 MPa to 5 MPa, and the plane stress in the 90th layer decreased from 296 MPa to 245 MPa. Post-heating treatment effect was important for temperature uniformity. The largest warpage (3.48 mm) happened when stiffener was designed as 30 layers.


2020 ◽  
Vol 99 (2) ◽  
pp. 39s-51s ◽  
Author(s):  
PINGSHA DONG ◽  

Most of the existing weld quality acceptance criteria stipulated in various codes and standards, as well as in recommended practices, are empirical in nature. Historically, these workmanship-based criterias have been adequate for quality control purposes in construction of welded structures. However, as the competition for achieving structural lightweighting intensifies, more quantitative quality acceptance (also known as fitness-for-purpose based) criteria are increasingly called for. This is because various new forms of discontinuities and joint configurations (e.g., dis-similar materials joints) cannot be readily related to existing acceptance criteria. Even if existing criteria can be made applicable, recent research findings have shown that existing criteria can be excessively conservative for some and unconservative for others when dealing with thin gauge and lightweight construction. A similar situation exists for additively manufactured metallic components, which can be viewed as “all weld metal” components containing randomly distributed discontinuities over the entire component volume. In this paper, some of the recent developments in quantitative weld quality acceptance criteria will be first highlighted, some of which are made possible by advanced fracture mechanics analysis techniques. Applications in structural lightweighting and additive manufacturing will then be demonstrated with some real-world examples. Finally, implications on a broader application of the methodologies presented for ensuring both structural integrity and cost-effectiveness in construction will be discussed in light of these developments.


2016 ◽  
Vol 106 (03) ◽  
pp. 169-174
Author(s):  
R. Geiger ◽  
S. Rommel ◽  
J. Burkhardt ◽  
T. Prof. Bauernhansl

Additive Fertigungsverfahren bieten durch ihren schichtweisen Aufbau einzigartige Gestaltungsfreiheiten. Hieraus leitet sich ein enormes Potential für den strukturellen Leichtbau ab. Bionische Leichtbaustrukturen, integrierte Funktionalitäten sowie topologieoptimierte Bauteile lassen sich direkt produzieren. Neben dem strukturellen Leichtbau lassen sich durch die Verwendung hochfester Werkstoffe oder von Werkstoffen mit geringer Dichte ebenfalls Leichtbauprodukte generieren. Ein Beispiel für werkstofflichen Leichtbau sind Faserverbundstrukturen, welche geringe Materialdichte mit hoher Festigkeit kombinieren. Durch Bündelung der Vorteile additiver Fertigungsverfahren mit Halbzeugen aus Hochleistungswerkstoffen – beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen – werden noch leichtere Produkte möglich. Besonders die Funktionsintegration und die Designfreiheit additiver Verfahren schaffen hier völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten und einen Individualisierungsgrad, der im Leichtbau bisher unbekannt ist. Anhand eines Produktbeispiels wird aufgezeigt, welche Potentiale additiver Hybrid-Leichtbau eröffnet. Ausgehend von einer topologieoptimierten Form erfolgt die Ableitung eines Bauteils. Dies wird im Lasersinterverfahren (SLS) gefertigt und in Kombination mit Kohlenstofffaserverbund (CFK)-Rohren sowie weiteren additiv gefertigten Bauteilen zum Produkt „Hocker“ zusammengefügt. Parallel wird das Verbundsystem digital abgebildet und simulativ überprüft.   Additive manufacturing technology offers unique design flexibility due to its layer-based construction approach. This provides new potential for lightweight construction. Bionic lightweight structures, integrated functionality, and topology-optimized structures can now be manufactured. Another method to generate lightweight design is the use of high-strength materials with low density. For example, fiber reinforced materials which combine high-tensile fibers with low material density. The combination of these two unique benefits leads towards ultra-light products. The degree of individualization through additive manufacturing represents a new tool in the field of lightweight design, providing new construction possibilities. This paper presents the potential of hybrid lightweight design with the help of a specific product. An ergonomic lightweight seat starts with a topology optimized 3D form. The construction combines additive manufactured parts with carbon fiber reinforced plastic (CFRP) pre-products. Additionally, the interaction between the constituent parts has been simulated.


2013 ◽  
Vol 22 (03) ◽  
pp. 180-187 ◽  
Author(s):  
J. Henke ◽  
J. T. Schantz ◽  
D. W. Hutmacher

ZusammenfassungDie Behandlung ausgedehnter Knochen-defekte nach Traumata oder durch Tumoren stellt nach wie vor eine signifikante Heraus-forderung im klinischen Alltag dar. Aufgrund der bestehenden Limitationen aktueller Therapiestandards haben Knochen-Tissue-Engineering (TE)-Verfahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Entwicklung von Additive-Manufacturing (AM)-Verfahren hat dabei eine grundlegende Innovation ausgelöst: Durch AM lassen sich dreidimensionale Gerüstträger in einem computergestützten Schichtfür-Schicht-Verfahren aus digitalen 3D-Vorlagen erstellen. Wurden mittels AM zunächst nur Modelle zur haptischen Darstellung knöcherner Pathologika und zur Planung von Operationen hergestellt, so ist es mit der Entwicklung nun möglich, detaillierte Scaffoldstrukturen zur Tissue-Engineering-Anwendung im Knochen zu fabrizieren. Die umfassende Kontrolle der internen Scaffoldstruktur und der äußeren Scaffoldmaße erlaubt eine Custom-made-Anwendung mit auf den individuellen Knochendefekt und die entsprechenden (mechanischen etc.) Anforderungen abgestimmten Konstrukten. Ein zukünftiges Feld ist das automatisierte ultrastrukturelle Design von TE-Konstrukten aus Scaffold-Biomaterialien in Kombination mit lebenden Zellen und biologisch aktiven Wachstumsfaktoren zur Nachbildung natürlicher (knöcherner) Organstrukturen.


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