Additive manufacturing of metallic metamaterials with enhanced mechanical properties by microstructural and structural design

材料科学 超材料 金属 微观结构 复合材料 冶金 光电子学
作者
Zhuohong Zeng,Shubo Gao,Deepak Kumar Pokkalla,Sheng Zhang,Changjun Han,Liu Feng,Zhongmin Xiao,Sastry Yagnanna Kandukuri,Yong Liu,Kun Zhou
出处
期刊:International Journal of Machine Tools & Manufacture [Elsevier]
卷期号:199: 104172-104172 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ijmachtools.2024.104172
摘要

The emergence of additive manufacturing (AM) facilitates the fabrication of lightweight mechanical metamaterials characterized by intricate geometrical features. Here, we focus on the contributions of microstructural and structural design to the significant performance enhancement of metamaterials. Cubic plate-lattices featuring spherical holes were produced using laser powder bed fusion. Different from commonly used optimization of AM parameters to change the thermal histories and the resulting properties, we employ a simple strategy inspired by the crystallographic and AM features—tilting the build orientation. Compared to the normal build orientation, the tilted build orientation converts the printed microstructure of the plate-lattices from (100)-dominated to (111)- and (101)-dominated crystallographic texture and significantly refines the grain size, leading to remarkable 30% and 10% increase of compressive strength and strain in printed plate-lattices. For further tailoring the performance of metamaterials, we integrated a wavy plate topology design to improve the isotropy of properties and increase the impact attenuation. Our work paves the way to optimize additively manufactured metamaterials by combining microstructural and structural designs.

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