SLM lattice structures Properties, performance, applications and pt

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<p>Materiais e Design 183 (2019) 108137</p><p>Estruturas de treliça SLM: Propriedades, desempenho, aplicações e</p><p>desafios</p><p>Tobias Maconachie a, bMartin Leary a, b, c, *, Bill Lozanovski a, c, Xuezhe Zhang a, Ma Qian a,</p><p>Omar Faruque b, d, Milan Brandt a, c</p><p>a RMIT Centre for Additive Manufacture, RMIT University, Melbourne, Austrália</p><p>b Centro de Treinamento ARC para Estruturas Automotivas Leves (ATLAS), Conselho de Pesquisa Australiano Grant IC160100032, Austrália</p><p>c Centro de Treinamento ARC em Biomanufatura Aditiva, Austrália</p><p>d Ford Motor Company, Centro de Inovação em Pesquisa (RIC), Dearborn, MI, EUA</p><p>a l t e r a ç õ e s d e h i g h t s a b s t r a c t o g r á f i c o</p><p>● Uma análise do projeto, da fabricação e</p><p>do desempenho mecânico das</p><p>estruturas de treliça de fusão a laser</p><p>seletiva (SLM).</p><p>● Os dados relatados sobre o</p><p>desempenho mecânico e as</p><p>propriedades de uma ampla gama de</p><p>estruturas de treliça SLM são</p><p>compilados.</p><p>● A meta-análise dos dados relatados</p><p>permite insights sobre a</p><p>aplicabilidade do modelo Gibson-</p><p>Ashby às estruturas de rede SLM.</p><p>a r t i C l E i N F O</p><p>Histórico do artigo:</p><p>Recebido em 26 de abril</p><p>de 2019 Recebido em</p><p>formato revisado em 12</p><p>de agosto de 2019</p><p>Aceito em 18 de agosto de 2019</p><p>Disponível on-line em 19 de agosto de 2019</p><p>Palavras-chave:</p><p>Manufatura aditiva SLM</p><p>Fusão seletiva a laser</p><p>Estruturas de rede</p><p>DFAM</p><p>Propriedades mecânicas</p><p>Declaração de disponibilidade de dados:</p><p>Os dados brutos/processados necessários</p><p>para reproduzir essas descobertas não</p><p>podem ser compartilhados no momento</p><p>devido a limitações técnicas ou de tempo.</p><p>a b s t r a C t</p><p>A manufatura aditiva (AM), especialmente a fusão seletiva a laser (SLM), possibilitou o</p><p>desenvolvimento de estruturas de treliça com propriedades exclusivas. Por meio do controle de vários</p><p>parâmetros, as estruturas de treliça podem produzir propriedades mecânicas, elétricas, térmicas e</p><p>acústicas exclusivas, e têm recebido muita atenção das pesquisas. Apesar do volume crescente de dados</p><p>publicados sobre a resposta mecânica de estruturas de treliça SLM específicas, não existe uma análise</p><p>abrangente. Este trabalho aborda essa deficiência identificada, fornecendo um resumo abrangente dos</p><p>dados experimentais relatados sobre a resposta mecânica das estruturas de treliça SLM. O projeto, a</p><p>fabricação e o desempenho das estruturas de treliça SLM são revisados e a qualidade dos dados relatados</p><p>é analisada para informar as melhores práticas para estudos futuros. Esse resumo abrangente de dados</p><p>permite a meta-análise do desempenho mecânico relatado das estruturas de treliça SLM, fornecendo</p><p>informações sobre os limites de suas capacidades técnicas. Foram identificadas correlações entre a</p><p>densidade relativa e as propriedades mecânicas de muitas topologias de células unitárias consistentes com</p><p>as previsões do modelo de Gibson-Ashby, indicando sua utilidade para descrever e prever o</p><p>comportamento das estruturas de treliça SLM. Esta análise fornece aos projetistas um recurso compilado</p><p>de dados experimentais e design para ferramentas de AM para informar futuras aplicações de design de</p><p>estruturas de treliça SLM e facilita sua adoção comercial.</p><p>© 2019 Publicado por Elsevier Ltd. Este é um artigo de acesso aberto sob a licença CC BY-NC-ND (http://</p><p>creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).</p><p>* Autor correspondente em: RMIT Centre for Additive Manufacture, RMIT University, Melbourne, Austrália.</p><p>Endereço de e-mail: martin.leary@rmit.edu.au (M. Leary).</p><p>Listas de conteúdo disponíveis no ScienceDirect</p><p>Materiais e design</p><p>Página inicial da revista: www.elsevier.com/locate/matdes</p><p>Assine o DeepL Pro para traduzir arquivos maiores.</p><p>Mais informações em www.DeepL.com/pro.</p><p>https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108137</p><p>http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/</p><p>http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/</p><p>mailto:martin.leary@rmit.edu.au</p><p>http://www.sciencedirect.com/science/journal/02641275</p><p>http://www.elsevier.com/locate/matdes</p><p>http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1016/j.matdes.2019.108137&domain=pdf</p><p>https://www.deepl.com/pro?cta=edit-document&pdf=1</p><p>https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108137</p><p>0264-1275/© 2019 Publicado por Elsevier Ltd. Este é um artigo de acesso aberto sob a licença CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).</p><p>https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108137</p><p>http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/</p><p>2 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Conteúdo</p><p>1. Introdução .....................................................................................................................................................................................................................................................................2</p><p>2. Estruturas de treliça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..............................................................................................................................3</p><p>2.1. Estruturas de treliça com base em estrutura............................................................................................................................................................................................3</p><p>2.2. Estruturas de treliça de superfície mínima triplamente periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...................................................................................3</p><p>2.3. Estruturas de rede de conchas.......................................................................................................................................................................................................................4</p><p>3. O processo SLM para estruturas de treliça .............................................................................................................................................................................................................4</p><p>3.1. Parâmetros de processamento .......................................................................................................................................................................................................................5</p><p>4. Aplicações das estruturas de treliça SLM ..................................................................................................................................................................................................................5</p><p>4.1. Biomédico .........................................................................................................................................................................................................................................................5</p><p>4.2. Aeroespacial......................................................................................................................................................................................................................................................6</p><p>5. Propriedades mecânicas das estruturas de treliça SLM.......................................................................................................................................................................................6</p><p>5.1. Desempenho compressivo .............................................................................................................................................................................................................................6</p><p>5.2. Desempenho de fadiga....................................................................................................................................................................................................................................7</p><p>5.3. Efeitos dos parâmetros de processamento no desempenho da estrutura de treliça SLM ................................................................................................................8</p><p>6. Microestrutura</p><p>acima, o modelo Gibson-Ashby</p><p>relaciona a força relativa (s* /ss ) ou o módulo (E /E*</p><p>s ) de uma</p><p>estrutura celular com sua densidade relativa (r* /rs ) na forma de</p><p>uma relação de potência positiva com um coeficiente (C) e um</p><p>expoente (n), conforme apresentado nas Eqs. (7a) e</p><p>(7b).</p><p>22 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137O modelo de Gibson-Ashby define valores de expoente</p><p>dependendo do fato de a estrutura apresentar comportamento</p><p>dominado por flexão ou estiramento (Tabela 3), e os</p><p>coeficientes são derivados de resultados experimentais para</p><p>determinadas topologias de célula unitária. No entanto, o</p><p>expoente também pode ser derivado de resultados</p><p>experimentais, e os coeficientes definidos com base nesses</p><p>expoentes derivados.</p><p>Muitos estudos sobre o comportamento compressivo das</p><p>estruturas de treliça SLM comparam seus resultados</p><p>experimentais com as previsões do modelo de Gibson-Ashby,</p><p>mas uma visão mais ampla sobre os recursos preditivos do</p><p>modelo de Gibson-Ashby para estruturas de treliça SLM é</p><p>limitada pelo escopo desses estudos. Para ampliar essa</p><p>percepção, os dados experimentais coletados são comparados</p><p>com o intervalo de propriedades previsto para estruturas</p><p>celulares abertas com dominância de flexão (Fig. 11). O</p><p>modelo de Gibson-Ashby prevê que os coeficientes para</p><p>estruturas celulares metálicas de células abertas estejam na</p><p>faixa de [0,1e4] e [0,1e1] para módulo e resistência,</p><p>respectivamente, com base em modelagem analítica, testes</p><p>extensivos em espumas poliméricas e ajustes empíricos a dados</p><p>experimentais [93].</p><p>Os valores de resistência e módulo relatados foram</p><p>normalizados em relação às propriedades padrão do material</p><p>relatado, conforme apresentado na Tabela 5.</p><p>A partir dessa comparação (Fig. 11), observa-se o seguinte:</p><p>● Para os dados de módulo e resistência, a maioria dos</p><p>resultados ficou dentro da faixa prevista.</p><p>● Embora alguns pontos de dados não estejam dentro da faixa</p><p>prevista, essa faixa foi gerada com base no comportamento de</p><p>espumas metálicas de célula aberta, e não é inesperado que</p><p>estruturas de rede não estocásticas com células unitárias</p><p>repetidas possam apresentar um comportamento diferente.</p><p>● As topologias parecem se reunir em determinadas regiões dos</p><p>gráficos, principalmente nas estruturas de rede BCC, o que é</p><p>consistente com o entendimento de que a topologia da célula</p><p>unitária é muito importante</p><p>s*</p><p>ss</p><p>= C</p><p>r* n</p><p>rs</p><p>(7a)</p><p>na definição do comportamento de uma estrutura de rede SLM.</p><p>● Embora a maioria das topologias apresentadas seja tecnicamente</p><p>classificada como estruturas dominadas pela flexão, de acordo</p><p>com o critério de Maxwell, algumas, como a treliça octeto e a</p><p>FBCCXYZ, são classificadas como estruturas dominadas pela</p><p>flexão,</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 23</p><p>Fig. 11. Comparação dos dados relatados de resistência à compressão experimental (A) e módulo (B) com as previsões do modelo Gibson-Ashby.</p><p>são tecnicamente estruturas dominadas por estiramento.</p><p>Apesar disso, essas estruturas ainda se enquadram no</p><p>intervalo previsto para estruturas dominadas por flexão. No</p><p>entanto, há sobreposições no desempenho de estruturas</p><p>dominadas por flexão e estiramento, e nenhuma faixa</p><p>equivalente de coeficientes é prevista para estruturas celulares</p><p>dominadas por estiramento [93].</p><p>● Em consonância com as descobertas de McKown et al. [123], os</p><p>módulos das estruturas de rede BCC foram encontrados na faixa</p><p>inferior ou abaixo dos valores previstos.</p><p>Essas descobertas sugerem que o modelo Gibson-Ashby</p><p>descreve a</p><p>prever seu comportamento. Embora a previsão precisa dessas</p><p>propriedades possa ser inviável, o modelo deve ser "útil nos</p><p>estágios iniciais do projeto, quando é necessária uma análise</p><p>aproximada dos componentes e das estruturas" [93].</p><p>9.4. Análise de regressão dos dados experimentais relatados</p><p>Para investigar a relação entre a densidade relativa e as</p><p>propriedades mecânicas (resistência e módulo) das estruturas de</p><p>rede SLM, foi realizada uma análise de regressão de potência2</p><p>foi realizada na análise de</p><p>relações entre a densidade relativa e as propriedades de</p><p>estruturas de treliça SLM e demonstra que é um meio útil de 2 A regressão de potência identifica tendências na forma apresentada nas Eqs. (7a)</p><p>e (7b), em que "C" é o coeficiente e "n" é o expoente.</p><p>24 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Tabela 5</p><p>Propriedades do material usadas para normalização dos resultados experimentais.</p><p>Material Propriedade Valor Referência</p><p>Inconel 625 Densidade 8,44 g/cm3 [128]</p><p>Resistência ao</p><p>escoamento</p><p>460 MPa</p><p>Módulo</p><p>Densidade</p><p>205,8 GPa</p><p>4,43 g/cm3</p><p>[129]</p><p>TiAl64V Resistência ao</p><p>escoamento</p><p>880 MPa [130]</p><p>Módulo</p><p>Densidade</p><p>193 GPa</p><p>8 g/cm3</p><p>Aço inoxidável Resistência ao</p><p>escoamento</p><p>205 MPa [131]</p><p>Módulo</p><p>Densidade</p><p>193 GPa</p><p>2,67 g/cm3</p><p>AlSi10Mg Resistência ao</p><p>escoamento</p><p>240 MPa [132]</p><p>Módulo 70 GPa</p><p>dados experimentais coletados da literatura. Essa análise foi</p><p>realizada em diferentes topologias de forma discreta, mas também</p><p>em todo o conjunto de dados (Tabela 6). Essas relações</p><p>identificadas fornecem um recurso para os projetistas que desejam</p><p>identificar topologias adequadas às suas necessidades.</p><p>A partir dessa análise de regressão, observamos o seguinte:</p><p>● Houve uma variação significativa nas correlações (R2 )</p><p>encontradas para diferentes topologias. Enquanto algumas</p><p>topologias, como a FCC, apresentaram correlações muito altas</p><p>para a resistência (99,79%) e o módulo (99,79%), outras, como a</p><p>FBCCZ, apresentaram correlações altas para uma propriedade</p><p>(resistência = 95,31%), mas baixas para a outra (módulo =</p><p>46,6%). Alguns, como o Gyroid, tiveram correlações muito</p><p>baixas tanto para a resistência (5,64%) quanto para o módulo</p><p>(1,85%).</p><p>● A correlação para todo o conjunto de dados ("todas as</p><p>topologias") foi relativamente baixa tanto para a resistência</p><p>(70,35%) quanto para o módulo (60,25%). No entanto, isso é</p><p>esperado, pois tanto o coeficiente quanto o expoente parecem</p><p>depender da topologia, considerando as correlações</p><p>geralmente altas encontradas para topologias individuais.</p><p>● Em geral, as correlações foram mais altas para a resistência do</p><p>que para o módulo, embora apenas marginalmente.</p><p>● As comparações entre os expoentes derivados e os previstos</p><p>pelo modelo de Gibson-Ashby para estruturas dominadas por</p><p>flexão e estiramento fornecem informações sobre o</p><p>comportamento geral dessas topologias. Por exemplo, o</p><p>expoente para a resistência da FCCZ (n = 1,59) é muito</p><p>próximo ao previsto para estruturas dominadas por</p><p>estiramento (n = 1,5), sugerindo que essa topologia se</p><p>comporta mais como uma estrutura dominada por</p><p>estiramento, apesar de ser dominada por flexão de acordo</p><p>com o critério de Maxwell.</p><p>● Em consonância com as percepções do modelo de Gibson-</p><p>Ashby, essas descobertas sugerem que é possível estabelecer</p><p>uma relação de potência positiva entre a densidade relativa de</p><p>uma estrutura de rede SLM e sua resistência ou módulo. Isso</p><p>demonstra ainda mais a relevância do modelo de Gibson-</p><p>Ashby para prever e descrever o comportamento das</p><p>estruturas de rede SLM.</p><p>Tabela 6</p><p>Análise de regressão de dados experimentais de estrutura de rede relatados.</p><p>10. Relatório de dados experimentais sobre estruturas de treliça</p><p>SLM</p><p>Na literatura sobre estruturas de treliça SLM, há</p><p>inconsistências no relato de parâmetros e processos</p><p>experimentais. Para fornecer uma base sólida para o projeto de</p><p>engenharia, o relatório da resposta mecânica da estrutura SLM</p><p>deve ser acompanhado de documentação experimental suficiente</p><p>para que esses resultados possam ser compreendidos e repetidos.</p><p>Os dados fundamentais relatados para documentar os dados</p><p>experimentais do SLM resumidos neste trabalho são apresentados</p><p>na Tabela 7.</p><p>A análise dos dados relatados fornece as seguintes percepções:</p><p>● A geometria das estruturas de treliça investigadas foi</p><p>comumente relatada (85%), mas geralmente apenas a</p><p>geometria nominal (derivada da fórmula analítica do modelo</p><p>CAD), enquanto um número menor relatou a geometria</p><p>medida (50%).</p><p>● O relato da composição química foi bastante limitado (25%),</p><p>embora aqueles que relataram a composição geralmente</p><p>informaram tanto a composição nominal quanto a composição</p><p>real do material usado.</p><p>● A taxa de carga e a taxa de deformação descrevem o mesmo</p><p>parâmetro experimental e a taxa na qual os corpos de prova</p><p>foram carregados durante os experimentos, mas uma minoria</p><p>(30%) informou isso em termos normalizados (taxa de</p><p>deformação), enquanto a maioria (65%) informou a velocidade</p><p>real do equipamento de teste (taxa de carga). Muito poucos</p><p>(10%) informaram ambos.</p><p>A ausência de determinados dados é, em alguns casos,</p><p>explicada pelo foco da pesquisa. Por exemplo, como Hao et al.</p><p>estavam preocupados com o comportamento térmico das estruturas</p><p>de treliça SLM, as amostras não foram carregadas, o que significa</p><p>que não houve carga ou taxa de deformação registrável. Outros,</p><p>como Burton et al. [69], estavam preocupados com a modelagem de</p><p>estruturas de treliça SLM, usando testes mecânicos apenas para</p><p>validação desses modelos e, portanto, não estavam tão</p><p>preocupados com determinados dados, como composição ou</p><p>parâmetros de processo.</p><p>Entretanto, para fins de repetibilidade e robustez, os métodos</p><p>e materiais usados para produzir os dados relatados devem ser</p><p>apresentados sempre que possível.</p><p>11. Desafios pendentes e direções futuras</p><p>Embora tenha havido grande interesse nas estruturas de treliça</p><p>SLM para uma variedade de aplicações, ainda há desafios para</p><p>sua adoção comercial mais ampla, como levar em conta os</p><p>defeitos de fabricação resultantes do processo de fabricação,</p><p>modelos para prever de forma eficiente e precisa o comportamento</p><p>das estruturas de treliça, implementação de estruturas de treliça</p><p>com graduação funcional e maior caracterização do</p><p>comportamento de fadiga.</p><p>Topologia de célula unitária Resistência (MPa) Módulo (MPa)</p><p>Coeficiente (C) Expoente (n) Correlação (R2 ) (%) Coeficiente (C) Expoente (n) Correlação (R2 ) (%)</p><p>Todas as topologias 0.24 1.16 68.02 0.15 1.67 60.27</p><p>BCC 0.14 1.14 66.56 0.07 1.71 66.74</p><p>BCCZ 0.06 0.48 38.84 0.01 0.22 12.42</p><p>Diamante 0.08 0.55 9.43 0.04 0.86 21.99</p><p>Dodecaedro 2.21 2.51 99.04 0.63 2.64 99.93</p><p>FBCCXYZ 1.20 1.99 98.34 0.10 1.28 87.72</p><p>FBCCZ 1.04 1.72 95.31 0.03 0.54 46.60</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 25FCC 1.18 1.75 99.79 0.37 1.94 99.97</p><p>FCCZ 1.32 1.59 99.43 0.35 1.50 91.93</p><p>Giróide 0.06 0.17 5.64 0.01 0.22 1.85</p><p>Diamante Schwartz 0.77 1.36 99.76 0.05 0.76 96.61</p><p>Cúbico simples 0.64 1.23 64.09 0.15 0.93 37.02</p><p>Média 70.35 Média 60.25</p><p>26 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Tabela 7</p><p>Resumo dos dados fundamentais relatados para documentar os parâmetros experimentais dos dados de teste de rede</p><p>SLM relatados. O sinal de visto (✓) indica a presença de dados. O traço (-) indica a ausência de dados.</p><p>Escopo da</p><p>publicação</p><p>Geometria de referência</p><p>(nominal)</p><p>Geometri</p><p>a (real)</p><p>Densidad</p><p>e</p><p>(nominal)</p><p>Densida</p><p>de</p><p>(real)</p><p>Composição</p><p>(nominal)</p><p>Composição</p><p>(real)</p><p>SLM</p><p>parâmetro</p><p>s do</p><p>processo</p><p>Tratamen</p><p>to térmico</p><p>Taxa de</p><p>carga</p><p>(mm/min)</p><p>Taxa de</p><p>deformaçã</p><p>o (s )—1</p><p>Aeroespacial [14] ✓ e e e e e e e e e</p><p>Aeroespacial [133] e e e e e e e e 5 e</p><p>Aeroespacial [11] ✓ e ✓ e e e e e e e</p><p>Biomédico [71] ✓ ✓ ✓ ✓ e e ✓ ✓ 0.4 e</p><p>Biomédico [76] ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ e e 0.001</p><p>Biomédico [5] e e ✓ e e e ✓ e 36 0.05</p><p>Biomédico [83] ✓ ✓ ✓ ✓ e e ✓ e 4.5 0.1</p><p>Biomédico [4] ✓ ✓ e ✓ e e e e e e</p><p>Biomédico [112] ✓ e e ✓ ✓ e ✓ ✓ 1 e</p><p>Energia [16]</p><p>absorção</p><p>✓ ✓ ✓ ✓ e e e e e 0.001</p><p>Energia [15]</p><p>absorção</p><p>Energia [123]</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>e</p><p>e</p><p>e</p><p>e</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>e</p><p>0.54</p><p>0.5</p><p>e</p><p>e</p><p>absorção</p><p>Mecânica [65] e e ✓ e e e e e 1 e</p><p>propriedades</p><p>Mecânica [45] ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ e 1.8e3.6 e</p><p>propriedades</p><p>Mecânica</p><p>Pro</p><p>priedades [86]</p><p>Mecânica [94]</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>e</p><p>e</p><p>0.001</p><p>0.001</p><p>propriedades</p><p>Mecânica [9] ✓ ✓ ✓ ✓ e e ✓ ✓ 0.4 e</p><p>propriedades</p><p>Mecânica [47] ✓ ✓ ✓ ✓ e e ✓ e 0.4 e</p><p>propriedades</p><p>Mecânica</p><p>Pro</p><p>priedades [85]</p><p>Mecânica [134]</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>✓</p><p>e</p><p>✓</p><p>e</p><p>e</p><p>✓</p><p>e</p><p>e</p><p>0.6</p><p>0.4</p><p>e</p><p>e</p><p>propriedades</p><p>Número relatado 17 10 16 12 5 4 12 5 13 6</p><p>Total reportado (%) 85 50 80 60 25 20 60 25 65 30</p><p>11.1. Contabilização de defeitos de fabricação</p><p>Conforme discutido acima, não se sabe se a fabricação de</p><p>estruturas de treliça por SLM resulta em defeitos de fabricação</p><p>que afetam o desempenho das estruturas de treliça por SLM. Foi</p><p>demonstrado que a otimização dos parâmetros de processamento</p><p>reduz esses defeitos, mas parece que um certo nível de defeito é</p><p>inerente ao processo de fabricação de SLM. Embora certos</p><p>defeitos, como irregularidades geométricas ou rugosidade da</p><p>superfície, possam ser superados pelo pós-processamento, a</p><p>complexidade das estruturas de treliça SLM significa que esses</p><p>defeitos devem ser levados em conta, pois não podem ser</p><p>totalmente eliminados. Uma das maneiras pelas quais esses</p><p>defeitos estão sendo considerados é a inclusão de defeitos em</p><p>modelos de elementos finitos preditivos.</p><p>11.2. Modelos preditivos eficientes e precisos</p><p>Para evitar os custos de fabricação e experimentação de</p><p>estruturas de treliça, são necessários modelos que possam prever</p><p>com precisão e eficiência o comportamento das estruturas de</p><p>treliça. Embora a modelagem de FE ofereça oportunidades nesse</p><p>espaço, o gerenciamento da troca inerente entre o custo</p><p>computacional e a precisão desses modelos para prever o</p><p>comportamento das estruturas de treliça SLM continua sendo o</p><p>foco de muitas pesquisas.</p><p>Foram desenvolvidos alguns modelos que usam elementos de</p><p>ordem reduzida, como elementos de viga. Esses modelos são</p><p>eficientes do ponto de vista computacional, mas têm dificuldade</p><p>em levar em conta as interações complexas entre as escoras em</p><p>suas interseções [135], que afetam significativamente o</p><p>comportamento mecânico. Também foram desenvolvidos modelos</p><p>de elementos contínuos que capturam com mais precisão o</p><p>comportamento das interações das escoras. Esses modelos</p><p>representam com mais precisão as geometrias como fabricadas,</p><p>mas, devido às malhas densas necessárias para a precisão das</p><p>interações entre as escoras, eles não são capazes de capturar o</p><p>comportamento das interações.</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 27A inclusão de defeitos nos modelos de FE para prever com</p><p>precisão o comportamento das estruturas de treliça SLM tem</p><p>recebido muita atenção da pesquisa, o que é ainda mais</p><p>exacerbado pelo fato de que os defeitos são reutilizados para fins</p><p>de análise. Conforme discutido, a inclusão de defeitos nos</p><p>modelos de FE para prever com precisão o comportamento das</p><p>estruturas de treliça SLM recebeu muita atenção da pesquisa, o</p><p>que é ainda mais exacerbado pela re</p><p>requisitos para minimizar o custo computacional.</p><p>11.3. Estruturas de treliça com grau funcional e ajustadas localmente</p><p>Embora esta análise tenha se concentrado em estruturas de</p><p>treliça com densidade constante, a treliça com gradação funcional</p><p>(FGL) é outra forma de treliça possibilitada pela AM. As FGL</p><p>têm uma densidade variável em sua estrutura e têm várias</p><p>vantagens potenciais em relação às estruturas de treliça de</p><p>densidade uniforme, como maior eficiência do material [136] e</p><p>potencial superior de absorção de energia [137].</p><p>As estruturas topologicamente otimizadas são outra forma de</p><p>estrutura possibilitada pela AM que tem sido usada para fins de</p><p>projeto semelhantes aos das estruturas de treliça [138,139]. As</p><p>FGL são úteis para a aplicação da otimização de topologia</p><p>multiobjetivo, pois podem ser usadas para combinar gradientes de</p><p>densidade dentro de estruturas projetadas por esses métodos [140].</p><p>Alguns estudos foram realizados para quantificar as propriedades</p><p>do FGL e compará-las com estruturas de rede uniforme, mas</p><p>geralmente envolvem perfis de densidade simples e lineares. Essas</p><p>estruturas têm potencial para um desempenho altamente ajustado</p><p>para aplicações específicas [141], o que significa que ainda há</p><p>oportunidades</p><p>para uma investigação mais aprofundada das</p><p>aplicações do FGL.</p><p>11.4. Comportamento de fadiga das estruturas de treliça SLM</p><p>Este documento explorou alguns dos comportamentos de</p><p>fadiga relatados de estruturas de treliça (Seção 5.2), mas,</p><p>conforme mencionado acima, esse comportamento</p><p>28 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>ainda é relativamente indefinido. Alguns aspectos específicos</p><p>foram observados, como o comportamento geral de SeN das</p><p>estruturas de treliça sob fadiga e os efeitos da densidade relativa</p><p>e de determinadas topologias na vida útil da fadiga da treliça,</p><p>mas ainda não foi possível obter uma compreensão mais ampla</p><p>do desempenho da fadiga das estruturas de treliça AM.</p><p>11.5. Trabalho futuro</p><p>Outras áreas de estudo que facilitariam a maior caracterização e</p><p>adoção comercial das estruturas de treliça SLM incluem:</p><p>● O desempenho das estruturas de treliça SLM foi caracterizado</p><p>em seu estado de fabricação, mas o conhecimento de seu</p><p>desempenho durante a operação ainda é limitado. O</p><p>comportamento térmico das estruturas de treliça SLM durante a</p><p>operação, especialmente o efeito dos fenômenos atmosféricos</p><p>para aplicações aeroespaciais [14], e o efeito da biodegradação</p><p>na resistência à fadiga dos implantes de treliça SLM para</p><p>aplicações biomédicas [2] ainda não foram caracterizados.</p><p>● A maior parte das pesquisas sobre estruturas de treliça SLM</p><p>se concentra em estruturas de treliça baseadas em suporte ou</p><p>TPMS discretamente. Ainda são necessárias pesquisas sobre</p><p>seu desempenho comparativo para identificar a adequação</p><p>dessas abordagens de projeto para diferentes aplicações e</p><p>requisitos de desempenho.</p><p>● O desempenho de tração das estruturas de treliça SLM ainda não</p><p>está bem definido, pois a maioria das pesquisas usa</p><p>experimentos de compressão para identificar suas propriedades</p><p>mecânicas, em grande parte devido à maior dificuldade do</p><p>projeto experimental de treliça de tração.</p><p>O conhecimento sobre o comportamento das estruturas de rede é</p><p>bastante díspar, pois os pesquisadores investigaram áreas isoladas</p><p>do amplo campo das estruturas de rede. Uma maior</p><p>homogeneização e padronização desse campo poderia levar a novas</p><p>percepções e melhorar a aplicabilidade das estruturas de rede SLM</p><p>para todas as aplicações [96].</p><p>12. Observações finais</p><p>A SLM permite a fabricação de geometrias complexas com alta</p><p>resolução, o que é perfeito para a fabricação de estruturas de rede.</p><p>Com essa tecnologia, é possível fabricar estruturas de treliça com</p><p>geometrias e topologias altamente ajustadas para produzir uma</p><p>ampla variedade de propriedades que não podem ser alcançadas por</p><p>seus materiais em massa. Isso levou a pesquisas sobre essas</p><p>estruturas, especialmente para aplicações biomédicas, de peso leve</p><p>e de absorção de energia. Entretanto, não existe uma análise</p><p>abrangente desses dados. Este trabalho procurou superar essa</p><p>limitação fornecendo uma visão geral da literatura sobre as</p><p>estruturas de rede SLM, com meta-análise dos dados relatados. As</p><p>principais conclusões dessa análise incluem:</p><p>● A maioria dos dados de resistência e módulo analisados ficou</p><p>dentro da faixa de valores previstos pelo modelo de Gibson-</p><p>Ashby, sugerindo relações de potência positivas entre a</p><p>densidade relativa e as propriedades mecânicas das estruturas</p><p>de treliça SLM e indicando que o modelo é uma ferramenta</p><p>útil para descrever e prever o comportamento mecânico das</p><p>estruturas de treliça SLM.</p><p>● Certas topologias, como a treliça octeto e a FBCXYZ, que são</p><p>tecnicamente dominadas por estiramento de acordo com o</p><p>critério de Maxwell, ficaram dentro da faixa de valores previstos</p><p>para estruturas dominadas por flexão. Embora haja</p><p>sobreposições nesses comportamentos, isso sugere que, em</p><p>termos de resistência e módulo, as previsões dominadas pela</p><p>flexão podem ser apropriadas para estruturas dominadas pelo</p><p>estiramento.</p><p>● As topologias tenderam a se reunir em determinadas áreas dos</p><p>gráficos de resistência e módulo e, por exemplo, as estruturas de</p><p>rede BCC tenderam a se reunir em torno da extremidade inferior</p><p>da faixa prevista e que</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 29</p><p>sugere que a topologia é importante para determinar a</p><p>resposta mecânica das estruturas de rede SLM.</p><p>● A análise de regressão dos dados relatados demonstrou</p><p>relações de potência positivas com altas correlações entre</p><p>a densidade relativa e a força do módulo para a maioria</p><p>das topologias, de acordo com as percepções do modelo</p><p>Gibson-Ashby.</p><p>Declaração de contribuição de autoria do CRediT</p><p>Tobias Maconachie: Análise formal, Investigação, Coleta de</p><p>dados, Redação - rascunho original, Redação - revisão e edição,</p><p>Visualização. Martin Leary: Conceitualização, Metodologia,</p><p>Redação - rascunho original, Redação - revisão e edição,</p><p>Administração do projeto, Obtenção de financiamento. Bill</p><p>Lozanovski: Redação - rascunho original. Xuezhe Zhang:</p><p>Conceitualização, Metodologia. Ma Qian: Redação</p><p>- revisão e edição, supervisão. Omar Faruque: Recursos,</p><p>Supervisão, Administração do projeto, Obtenção de</p><p>financiamento. Milan Brandt: Recursos, Supervisão,</p><p>Administração do projeto.</p><p>Agradecimentos</p><p>Esta pesquisa foi conduzida pelo Centro de Treinamento de</p><p>Transformação Industrial do Conselho de Pesquisa da</p><p>Austrália em Biofabricação Aditiva (IC160100026).</p><p>Os autores gostariam de agradecer o apoio financeiro dos</p><p>membros do ARC Training Centre for Lightweight Automotive</p><p>Structures e do Australian Research Council (Grant Reference</p><p>IC160100032).</p><p>Os autores agradecem as instalações e a assistência científica</p><p>e técnica do RMIT Advanced Manufacturing Precinct.</p><p>Referências</p><p>[1] L. Hao, et al., Design and additive manufacturing of cellular lattice</p><p>structures, em: The International Conference on Advanced Research in</p><p>Virtual and Rapid Prototyping (VRAP), Taylor & Francis Group, Leiria,</p><p>2011.</p><p>[2] A.A. 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componentes SLM e efeito do tratamento térmico...........................................................................................................................................................8</p><p>6.1. Efeito do tratamento térmico na microestrutura....................................................................................................................................................................................8</p><p>7. Defeitos geométricos potenciais das estruturas de treliça SLM ........................................................................................................................................................................9</p><p>7.1. Capacidade de fabricação ...............................................................................................................................................................................................................................9</p><p>7.2. Dimensional accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...........................................................................................................................9</p><p>7.3. Rugosidade da superfície ...............................................................................................................................................................................................................................9</p><p>7.4. Efeitos dos defeitos no desempenho mecânico das estruturas de treliça SLM ...............................................................................................................................10</p><p>8. Modelagem numérica de estruturas de treliça SLM ...........................................................................................................................................................................................10</p><p>9. O modelo Gibson-Ashby ............................................................................................................................................................................................................................................11</p><p>9.1. Modelo Gibson-Ashby na literatura de estruturas de treliça SLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................11</p><p>9.2. Dados experimentais de compressão para estruturas de treliça SLM relatados na literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .................................................................12</p><p>9.3. Comparação dos dados experimentais relatados com as previsões do modelo Gibson-Ashby...........................................................................................12</p><p>9.4. Análise de regressão dos dados experimentais relatados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................................................................13</p><p>10. Relatório de dados experimentais sobre estruturas de treliça SLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...........................................................................................14</p><p>11. Desafios pendentes e direções futuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................................14</p><p>11.1. Contabilização de defeitos de fabricação ...............................................................................................................................................................................................15</p><p>11.2. Modelos preditivos eficientes e precisos..........................................................................................................................................................................................................15</p><p>11.3. Estruturas de treliça com graduação funcional e sintonizadas localmente.....................................................................................................................................15</p><p>11.4. Comportamento de fadiga das estruturas de treliça SLM...................................................................................................................................................................15</p><p>11.5. Trabalho futuro..............................................................................................................................................................................................................................................16</p><p>12. Observações finais......................................................................................................................................................................................................................................................16</p><p>Declaração de contribuição de autoria do CRediT.............................................................................................................................................................................................16</p><p>Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................................................................................16</p><p>Referências ..................................................................................................................................................................................................................................................................16</p><p>1. Introdução</p><p>A manufatura aditiva (AM) permite a fabricação de estruturas</p><p>fortes e leves com geometria inatingível pelos métodos</p><p>tradicionais de manufatura, incluindo estruturas de treliça</p><p>complexas [1]. As estruturas de treliça são estruturas</p><p>tridimensionais abertas, topologicamente ordenadas, compostas</p><p>por uma ou mais células unitárias repetitivas [2,3]. Essas células</p><p>são definidas pelas dimensões e pela conectividade de seus</p><p>elementos de suporte constituintes, que são conectados em nós</p><p>específicos. No nível celular, as estruturas de treliça podem ser</p><p>consideradas estruturas no que diz respeito a características e</p><p>propriedades, mas se comportam como metamateriais</p><p>homogeneizados quando consideradas no nível estrutural geral</p><p>[4].</p><p>Ao ajustar os parâmetros estruturais da rede, como a topologia</p><p>da célula (conectividade) ou a geometria (tamanho da célula e</p><p>dimensões do suporte), a resposta física dessas estruturas pode ser</p><p>significativamente alterada para exibir propriedades inatingíveis por</p><p>seus materiais originais [5], incluindo propriedades acústicas [6],</p><p>dielétricas [7] e mecânicas [8]. Descobriu-se que as estruturas de</p><p>treliça AM superam significativamente as estruturas celulares</p><p>produzidas por métodos alternativos de fabricação com porosidade</p><p>equivalente [9], principalmente devido ao maior controle</p><p>geométrico e previsibilidade proporcionados pela fabricação AM</p><p>[2].</p><p>A utilidade comercial dessas estruturas de rede motivou muitas</p><p>pesquisas, especialmente para aplicações biomédicas [10] e</p><p>aeroespaciais [11]. Para aplicações biomédicas, a rede</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 3</p><p>podem ser usadas para reduzir a rigidez de implantes médicos</p><p>metálicos para que se aproximem da rigidez do osso [5],</p><p>evitando, assim, a blindagem contra estresse e permitindo o</p><p>fluxo de fluidos devido à sua porosidade [12] com uma grande</p><p>relação área de superfície/volume para facilitar a</p><p>osseointegração [13]. A alta relação resistência/peso e as</p><p>propriedades de condução térmica das estruturas de treliça as</p><p>tornam atraentes para aplicações aeroespaciais [14]. O</p><p>controle confiável da resposta de colapso das estruturas de</p><p>treliça devido à sua uniformidade estrutural [15]</p><p>significa que</p><p>elas podem oferecer uma vantagem técnica para a absorção</p><p>de energia quando comparadas com espumas metálicas</p><p>alternativas [16].</p><p>A fusão seletiva a laser (SLM) é uma forma de AM com fusão</p><p>em leito de pó (PBF) em que os componentes metálicos são</p><p>fabricados a partir de dados de CAD pela fusão em camadas de</p><p>pós metálicos usando uma fonte de energia a laser [17]. Para</p><p>cada camada, o pó metálico é distribuído pela camada anterior,</p><p>que é então seletivamente escaneada pelo laser para fundir o pó</p><p>localmente. O PBF é a técnica preferida para a fabricação de</p><p>treliça metálica, pois os métodos alternativos de AM metálica,</p><p>como a deposição direta de metal, não oferecem precisão</p><p>geométrica suficiente [2].</p><p>Muitos estudos relataram o desempenho mecânico de</p><p>determinadas estruturas de treliça SLM. Entretanto, não existe</p><p>uma análise abrangente de suas capacidades de desempenho</p><p>mais amplas. Para superar esse déficit identificado, esta</p><p>revisão apresenta um resumo abrangente da literatura</p><p>experimental referente às estruturas de treliça SLM e fornece</p><p>uma meta-análise do desempenho mecânico associado. Os</p><p>diferentes meios de projeto da estrutura de treliça, os detalhes</p><p>do SLM</p><p>4 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>i</p><p>O processo de fabricação e as aplicações específicas são</p><p>detalhados. O comportamento mecânico das estruturas de treliça</p><p>SLM é descrito, e a microestrutura e os possíveis defeitos</p><p>geométricos resultantes do processo de fabricação e seus efeitos</p><p>sobre o desempenho são explorados. São discutidos diferentes</p><p>meios de prever o comportamento das estruturas de treliça SLM,</p><p>incluindo a modelagem numérica e o modelo Gibson-Ashby. Os</p><p>dados experimentais sobre o desempenho das estruturas de treliça</p><p>SLM foram coletados da literatura e é apresentada uma meta-</p><p>análise desses dados em comparação com as previsões do</p><p>modelo de Gibson-Ashby. A qualidade dos dados relatados sobre</p><p>as estruturas de treliça SLM é analisada. Por fim, são</p><p>apresentados os desafios técnicos e econômicos enfrentados na</p><p>implementação futura das estruturas de treliça SLM. Esta pesquisa</p><p>fornece um recurso abrangente de Design para AM (DFAM) para</p><p>engenheiros que buscam projetar estruturas de treliça SLM para</p><p>aplicações técnicas, bem como um roteiro para outras atividades de</p><p>pesquisa comercialmente relevantes.</p><p>2. Estruturas de rede</p><p>Materiais celulares naturais, como madeira, cortiça e osso,</p><p>têm sido utilizados há séculos, e sua estrutura é imitada em</p><p>materiais técnicos modernos, como favos de mel e espumas [18].</p><p>As estruturas celulares são uma opção atraente para muitas</p><p>aplicações de design, especialmente para a redução de peso,</p><p>devido à alta resistência e rigidez específicas proporcionadas por</p><p>sua estrutura porosa [19]. O comportamento de deformação das</p><p>estruturas celulares também significa que elas são úteis para</p><p>aplicações de absorção de energia [20]. Há muitos tipos</p><p>diferentes de estruturas celulares fabricadas e uma variedade de</p><p>meios para fabricá-las.</p><p>As espumas metálicas são uma forma de estrutura celular</p><p>fabricada por meio da injeção de gás ou da mistura de um agente</p><p>espumante em metal fundido [21], e muitos estudos investigaram</p><p>seu uso em aplicações técnicas, como absorção de energia [22e24]</p><p>e redução de peso [25e27]. Embora a fabricação de espumas</p><p>metálicas seja relativamente barata, elas consistem em um arranjo</p><p>estocástico de células abertas ou fechadas, em vez de um arranjo</p><p>celular prescrito. Essa estrutura estocástica resulta em uma</p><p>resposta mecânica inconsistente que não é desejável, pois exige</p><p>um projeto excessivamente conservador [28].</p><p>As estruturas de rede são outro tipo de material celular que se</p><p>diferencia das espumas pela estrutura de repetição regular de</p><p>suas células unitárias [29]. Gibson define os materiais celulares</p><p>como consistindo em "uma rede interconectada de suportes ou</p><p>placas" [30]. Ashby afirma ainda que as estruturas de treliça,</p><p>uma forma de material celular, diferem das estruturas de</p><p>engenharia de grande escala, como treliças ou estruturas, em</p><p>termos de escala, pois as células unitárias de uma estrutura de</p><p>treliça têm escala milimétrica ou micrométrica [31]. Isso</p><p>significa que, embora as células unitárias das estruturas de treliça</p><p>possam ser analisadas como estruturas espaciais usando a</p><p>mecânica clássica, uma estrutura de treliça deve ser considerada um</p><p>material com suas próprias propriedades mecânicas, o que</p><p>permite a comparação direta entre as propriedades de uma</p><p>estrutura de treliça e as de seu material de origem.</p><p>As estruturas de treliça podem ser 2,5D1 [32] ou 3D e podem ser</p><p>fabricadas por uma variedade de meios, incluindo fundição por cera</p><p>perdida [33], uma combinação de extrusão e usinagem por</p><p>eletroerosão [34] ou vários métodos de fabricação de compostos,</p><p>incluindo tecelagem têxtil</p><p>propriedades das estruturas de treliça SLM.</p><p>Em geral, as estruturas de treliça podem ser classificadas com</p><p>base em sua resposta mecânica como sendo dominadas por</p><p>flexão ou por estiramento. As estruturas dominadas pela flexão</p><p>sofrem momentos de flexão em sua estrutura e, portanto, são</p><p>compatíveis, enquanto as estruturas dominadas pelo estiramento</p><p>sofrem cargas axiais, o que significa que são mais rígidas e fortes</p><p>do que as estruturas dominadas pela flexão [12]. A topologia da</p><p>célula de uma estrutura de treliça define se ela será dominada</p><p>por flexão ou por estiramento. Uma ampla gama de topologias de</p><p>células foi investigada na literatura [3], que aqui são</p><p>categorizadas como superfícies mínimas triplamente periódicas</p><p>(TPMS) ou baseadas em escoras.</p><p>2.1. Estruturas de treliça com base em suporte</p><p>As topologias de células com base em escoras mais comuns que</p><p>foram investigadas são a cúbica centrada no corpo (BCC) e a cúbica</p><p>centrada na face (FCC), ou variações dessas topologias, como a</p><p>inclusão de escoras em z (BCCZ e FCCZ) (Fig. 1) [15], que</p><p>receberam o nome de estruturas cristalinas análogas. Também</p><p>existem outras topologias baseadas em struts, como a cúbica, a</p><p>octeto-truss e a diamante [4].</p><p>Essas topologias com base em escoras são geralmente</p><p>escolhidas por sua simplicidade de projeto [42], mas as topologias</p><p>com base em escoras também foram geradas a partir da otimização</p><p>topológica para maximizar a eficiência da distribuição de material</p><p>dentro da estrutura da rede e aproveitar totalmente as</p><p>oportunidades apresentadas pela AM [42,43] (Fig. 2).</p><p>As topologias baseadas em escoras podem ser caracterizadas</p><p>por seu número de Maxwell, M, que depende do número de</p><p>escoras, s, e dos nós , n (Eq. (1)) [44].</p><p>M = s - 3n + 6 (1)</p><p>Se M</p><p>de células nas direções x, y ou z e Li é o tamanho</p><p>absoluto da estrutura nessa direção. A variável t pode ser usada para</p><p>alterar a densidade relativa.</p><p>[35], entrelaçamento, intertravamento, prensagem a quente [36] ou enrolamento de filamentosnk</p><p>[37]. No entanto, desde a proliferação da AM no final dos anos 90 e</p><p>início dos anos 2000 [38], muita atenção da pesquisa tem sido dada</p><p>à fabricação de estruturas de treliça por AM [39]. As propriedades</p><p>mecânicas das estruturas de treliça SLM foram relatadas pela</p><p>primeira vez em 2005 [40] e, desde então, devido às vantagens</p><p>significativas da SLM para a fabricação de estruturas de treliça</p><p>metálica [41], muitos estudos relataram a</p><p>1 As estruturas de treliça 2,5D consistem em uma forma bidimensional</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 5extrudada para a terceira dimensão. i = 2pLi</p><p>(comi = x; y; z) (2)</p><p>As estruturas de treliça TPMS têm possíveis vantagens sobre</p><p>as topologias baseadas em escoras em termos de capacidade de</p><p>fabricação e fixação óssea. As restrições do SLM quanto ao</p><p>ângulo de inclinação das estruturas de treliça com base em</p><p>escoras podem ser evitadas, pois o ângulo de inclinação das</p><p>paredes celulares varia continuamente nas estruturas TPMS, o que</p><p>significa que as camadas anteriores suportam as camadas</p><p>subsequentes, melhorando a capacidade de fabricação [47].</p><p>Estudos também sugerem que a curvatura das superfícies dos</p><p>implantes desempenha um papel fundamental na promoção do</p><p>crescimento ósseo [48] e, devido à sua geometria, o ângulo de</p><p>inclinação das paredes celulares pode ser evitado.</p><p>6 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Fig. 1. Estruturas de treliça com base em estrutura: BCC (A), BCCZ (B), FCC (C), FCCZ (D), cúbica (F), Octet-truss (G) e diamante (H).</p><p>Devido à semelhança com o osso trabecular natural e à curvatura</p><p>tridimensional de suas superfícies, as estruturas de treliça TPMS</p><p>podem oferecer melhor fixação óssea do que as estruturas de treliça</p><p>baseadas em escoras [5]. Maskery et al. também descobriram que</p><p>os giroscópios têm uma absorção de energia específica (SEA) quase</p><p>três vezes maior do que as estruturas BCC com porosidade</p><p>semelhante [15]. No entanto, essas possíveis vantagens não foram</p><p>demonstradas de forma conclusiva, e o desempenho comparativo</p><p>das estruturas de treliça baseadas em suporte e TPMS continua</p><p>sendo uma área para pesquisas futuras.</p><p>2.3. Estruturas de rede de conchas</p><p>A AM possibilitou o projeto e a fabricação de estruturas</p><p>celulares cujas células unitárias são compostas de placas em vez</p><p>de suportes [49]. Essas estruturas de treliça foram descritas como</p><p>semelhantes a TPMS (embora suas superfícies não tenham</p><p>necessariamente curva média zero) e são chamadas de "treliças</p><p>em concha" (Fig. 4) [50]. Foi demonstrado que os materiais de</p><p>rede com base em placas de célula fechada têm</p><p>propriedades elásticas do que as estruturas de células abertas</p><p>baseadas em escoras com densidades semelhantes [51], embora a</p><p>fabricação dessas estruturas continue sendo problemática para os</p><p>sistemas AM baseados em pó devido à necessidade de remoção</p><p>do pó [50]. Entretanto, estruturas de treliça baseadas em placas</p><p>de células abertas foram projetadas, fabricadas e testadas, e</p><p>demonstraram apresentar resistência e rigidez superiores com</p><p>densidades muito baixas [52].</p><p>3. O processo SLM para estruturas de treliça</p><p>O SLM foi desenvolvido pelo Fraunhofer Institute for Laser</p><p>Techology, Alemanha, na década de 1990 [53] e, desde então,</p><p>tem sido adotado em vários setores devido à sua capacidade de</p><p>produzir componentes totalmente funcionais e quase totalmente</p><p>densos diretamente de metais sem o uso de aglutinantes</p><p>intermediários ou técnicas de processamento adicionais [54].</p><p>Durante o processo SLM, uma camada de pó metálico é espalhada</p><p>pela superfície de uma placa de construção. Um galvanômetro</p><p>direciona um feixe de laser por essa superfície para derreter o pó</p><p>onde for necessário, fundindo-o com</p><p>Fig. 2. Células unitárias baseadas em escoras otimizadas topologicamente [42].</p><p>A conectividade do suporte é otimizada iterativamente com base nas localizações dos nós.</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 7</p><p>Fig. 3. Células unitárias de superfície mínima triplamente periódicas: giroide de Schoen (A), diamante de Schwarz (B) e Neovius (C).</p><p>Tabela 1</p><p>Exemplo de fórmulas TPMS para a geração de giroscópios de Schoen, diamantes</p><p>de Schwartz e topologias de Neovius.</p><p>Topologia Fórmula de isosuperfície</p><p>relatados na literatura publicada [66]. Os parâmetros de</p><p>processamento SLM usados nos trabalhos publicados e revisados</p><p>nesta pesquisa são apresentados na Tabela 2.</p><p>Há inconsistências em quais parâmetros de processamento foram</p><p>Schoen</p><p>giroide</p><p>Diamante</p><p>Schwart</p><p>z</p><p>UG = cos (kx x) sin (ky y) + cos (ky y) sin (kz z) +</p><p>cos (kz z) sin (kx x) - t</p><p>UD = sin (kx x) sin (ky y) sin (kz z) + sin (kx x) cos (ky y) cos (kz</p><p>z)</p><p>+ cos (kx x) sin (ky y) cos (kz z) + cos (kx x) cos (ky y) sin (kz</p><p>z) - t</p><p>relatados na literatura. Alguns parâmetros, como a potência do</p><p>laser, foram relatados regularmente (83%), embora a potência</p><p>usada para bordas e hachuras nem sempre tenha sido claramente</p><p>diferenciada. A velocidade de varredura do laser foi o parâmetro</p><p>menos comumente relatado (56%). Para</p><p>Neovius UN = 3[cos(x) + cos (y) + cos (z)] + 4 cos (x) cos (y) cos (z)</p><p>a camada abaixo. A placa é então abaixada e esse processo é</p><p>repetido até que a fabricação seja concluída [55].</p><p>As vantagens da SLM incluem a capacidade de produzir</p><p>componentes complexos e quase totalmente densos com alta</p><p>resolução [56] e propriedades superiores em comparação com os</p><p>produzidos por métodos tradicionais, como fundição [57]. No</p><p>entanto, também existem algumas desvantagens, como o tamanho</p><p>mínimo do recurso que é limitado pelo tamanho do ponto do feixe</p><p>de laser [58], defeitos microestruturais e metalúrgicos herdados do</p><p>processo de fabricação [59] que podem ser difíceis de avaliar</p><p>[60] e a possibilidade de distorção térmica dos componentes</p><p>devido a tensões residuais resultantes do resfriamento rápido</p><p>durante a fabricação [61]. Os requisitos para a remoção do pó são</p><p>outra limitação do processo SLM [62], pois não é possível produzir</p><p>vazios internos fechados devido ao aprisionamento do pó.</p><p>Também há poucos dados disponíveis sobre o desempenho dos</p><p>materiais produzidos por SLM [63], o que, em parte, motiva este</p><p>estudo.</p><p>3.1. Parâmetros de processamento</p><p>Os parâmetros de processamento da SLM, tais como:</p><p>parâmetros do laser, incluindo velocidade, potência e tamanho do</p><p>feixe; propriedades do pó, geralmente representadas pelo</p><p>tamanho médio das partículas; e espessura da camada, afetam</p><p>significativamente os resultados da fabricação [64]. A</p><p>otimização dos parâmetros de processamento é fundamental para</p><p>melhorar os resultados de fabricação do processo SLM [65].</p><p>Os parâmetros de processamento apropriados dependem muito</p><p>da máquina e do material usado, e uma variedade de parâmetros</p><p>são</p><p>a repetibilidade dos dados dos resultados experimentais deve ser</p><p>relatada sempre que possível.</p><p>4. Aplicações das estruturas de treliça SLM</p><p>Os rápidos avanços levaram ao interesse na AM para uma</p><p>ampla gama de aplicações, incluindo equipamentos de proteção</p><p>individual [78], equipamentos esportivos [79] e até mesmo para</p><p>a futura exploração de Marte [80]. Dois setores que se</p><p>interessaram particularmente pelas estruturas de treliça AM são</p><p>os setores biomédico e aeroespacial [81].</p><p>4.1. Biomédico</p><p>As estruturas de treliça AM são usadas no setor biomédico</p><p>para implantes médicos [56], cujo mercado global deverá crescer</p><p>para US$ 116 bilhões até 2022 [82]. A capacidade de produzir</p><p>componentes metálicos de alta qualidade que se adaptam a</p><p>superfícies complexas e específicas do paciente torna o SLM</p><p>perfeito para a fabricação de implantes médicos, e a capacidade</p><p>de produzir componentes metálicos com rigidez mais próxima à</p><p>do osso torna as estruturas de rede AM perfeitas para aplicações</p><p>biomédicas</p><p>[5]. Essas estruturas podem ser projetadas para</p><p>produzir uma osseointegração ideal e demonstraram sustentar um</p><p>excelente crescimento ósseo e obter alto desempenho em termos de</p><p>fixação de implantes [74].</p><p>Além da fabricação de implantes metálicos, foram sugeridas</p><p>possíveis aplicações inovadoras de design de estruturas de treliça</p><p>de AM, como Burton et al. que propuseram um implante que</p><p>incorpora um reservatório que libera localmente um</p><p>medicamento terapêutico para alcançar a funcionalidade</p><p>antimicrobiana por meio da incorporação de um reservatório [83].</p><p>8 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Fig. 4. Células unitárias da rede de Sell geradas pela colocação de placas nos planos mais próximos de cristais cúbicos que combinam cúbico simples (SC), BCC e FCC: SC-BCC (A), SC-</p><p>BCC-FCC (B) e SC- FCC (C) [51].</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 9</p><p>Tabela 2</p><p>Parâmetros de processamento de SLM para dados relatados e avaliados nesta pesquisa. O traço (e) indica a ausência de dados.</p><p>Máquina de referência Fabricante Material Tamanho</p><p>do ponto</p><p>Potência de borda Potência de captura</p><p>Velocidade de varredura</p><p>Espaçamento</p><p>da escotilha</p><p>Espessura da camada Pó médio</p><p>(mm) (W)a (W) (mm/s) (mm) (mm</p><p>)</p><p>Tamanho (mm)</p><p>[67] ProX DMP 300 Sistemas 3D Ti-6Al-4V e e e e e e 8.64</p><p>[68] ProX-300 Sistemas 3D SS 630 (17- 70 170 170 1600 0.05 40 e</p><p>[11] Conceito X-line Conceito de laser</p><p>4PH)</p><p>AlSi10Mg e e 370 1500 0.19 30 31</p><p>1000R Empresa</p><p>[69] M2 Cusing® Conceito de laser Ti-6Al-4V 60 150 150 1750 0.075 20 20e50</p><p>[70] EOSINT-M270</p><p>Empresa</p><p>EOS Ti-6Al-4V 100 58.5 117 225 0.18 30 45</p><p>[16] M280 EOS AÇO</p><p>INOXIDÁVEL</p><p>316L</p><p>100 e e e e e 20e40</p><p>[71] DMLSEOSINT- EOS Ti-6Al-4V 100 170 170 1250 0.06 30 20</p><p>[72]</p><p>M270</p><p>M 270 EOS Ti-6Al-4V 100 170 170 1250 0.1 30 29</p><p>[72] M 270 EOS Ti-6Al-4V 10 117 117 225 0.18 30 e</p><p>[73] M280 EOS AlSi10Mg e 370 370 1500 0.13 30 30</p><p>[64] Realizer II MCP AÇO</p><p>INOXIDÁVEL</p><p>316L</p><p>90 80e160 80e160 e e e 16e38</p><p>[74] MCP Realizer 2, MCP Ti-6Al-4V 54 80 80 e e 50 45</p><p>[47]</p><p>250 SLM</p><p>Realizer SLM MCP AÇO</p><p>INOXIDÁVE</p><p>L 316L</p><p>40 95 95 e 0.075 75 45</p><p>[5]</p><p>Estação de trabalho</p><p>AM250 Renishaw AlSi10Mg 80 200 200 e 0.13 25 e</p><p>[15] AM250 Renishaw Ti-6Al-4V e 100 200 e 0.065 30 e</p><p>[75] AM250 Renishaw AlSi10Mg 70 e e e e 25 e</p><p>[76] SLM 125 Soluções SLM CP-Ti e 100 100 385 0.12 e 36.6</p><p>[77] SLM250HL Soluções SLM Ti-6Al-4V e 100 100 375 0.12 30 40</p><p>Número relatado 12 14 15 10 13 14 13</p><p>Porcentagem relatada (%) 67 78 83 56 72 78 72</p><p>a Quando não foi informada nenhuma distinção entre potência de borda e potência de escotilha, considerou-se que o mesmo valor foi informado para ambas.</p><p>4.2. Aeroespacial</p><p>O potencial de leveza das estruturas de rede da AM, como a</p><p>substituição de volumes sólidos internos por estruturas de rede</p><p>com resistência semelhante [55], significa que a AM é de grande</p><p>interesse para o setor aeroespacial [84]. Outras propriedades das</p><p>estruturas de treliça AM, como a capacidade de produzir canais</p><p>de resfriamento conformes, também as tornam uma opção</p><p>atraente para aplicações aeroespaciais [14].</p><p>Zhou et al. desenvolveram um controlador térmico de mudança</p><p>de fase leve baseado em células de rede [85]. Os controladores</p><p>térmicos são um componente importante para gerenciar a</p><p>temperatura de vários componentes eletrônicos em espaçonaves,</p><p>mas os projetos tradicionais aumentam consideravelmente o peso</p><p>da espaçonave. Usando uma estrutura sanduíche de treliça</p><p>fabricada por SLM, Zhou et al. conseguiram produzir um</p><p>controlador térmico com capacidade térmica 50% maior em</p><p>comparação com alternativas tradicionais com massa semelhante.</p><p>5. Propriedades mecânicas das estruturas de treliça SLM</p><p>Vários termos, como propriedades mecânicas, módulo de</p><p>elasticidade e limite de elasticidade, são aplicados a estruturas de</p><p>rede, embora tenham um significado ligeiramente diferente do que</p><p>quando aplicados a materiais contínuos em massa [2]. Ao se referir</p><p>a estruturas de rede, essas propriedades são as "propriedades</p><p>macroscópicas aparentes das estruturas que convergem para</p><p>determinados valores quando o número de células unitárias é</p><p>grande o suficiente" [2]. Devido à liberdade geométrica</p><p>proporcionada pela AM, as estruturas de treliça podem alcançar</p><p>propriedades funcionais ou mecânicas que não podem ser</p><p>alcançadas por materiais em massa [86], como estruturas auxiliares</p><p>com coeficiente de Poisson negativo [87], rigidez negativa [88],</p><p>compressibilidade negativa [89], coeficiente de expansão térmica</p><p>negativo [90] ou rigidez muito alta com baixa massa [91].</p><p>As propriedades mecânicas das estruturas de treliça são</p><p>geralmente expressas como uma fração das propriedades mecânicas de</p><p>seu material de origem</p><p>[2] e dependem da densidade relativa da estrutura da rede (r* /rs ),</p><p>que é a razão entre a densidade aparente da estrutura celular (r* ) e a</p><p>densidade do material da estrutura celular (rs ). Independentemente</p><p>da topologia, sabe-se que as propriedades mecânicas das estruturas de</p><p>rede diminuem com a redução da densidade relativa [69]. As</p><p>10 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>A orientação das células com relação à direção da carga</p><p>também afeta significativamente a resposta mecânica das</p><p>estruturas de rede anisotrópica [2].</p><p>A maioria dos testes mecânicos das estruturas de treliça</p><p>SLM é realizada em compressão devido à sua maior</p><p>simplicidade do que os testes em tensão. Isso se deve, em</p><p>grande parte, ao fato de que é necessário um projeto especial</p><p>da interface do equipamento de teste de amostra para o teste</p><p>de tração, enquanto os testes de compressão podem ser</p><p>realizados de forma mais simples, esmagando uma treliça entre</p><p>as placas. Por exemplo, ao testar estruturas de treliça em</p><p>tensão, Alsalla et al. descobriram que as estruturas de treliça</p><p>falharam perto da interface entre a estrutura de treliça e a</p><p>fixação do aparelho de teste, sugerindo que existe uma</p><p>concentração de tensão crítica na interface da treliça [92]. O</p><p>comportamento de tração das estruturas de treliça continua</p><p>sendo uma área que requer mais pesquisas.</p><p>5.1. Desempenho compressivo</p><p>O comportamento geral de deformação das estruturas de</p><p>treliça pode ser dividido em três estágios discretos (Fig. 5):</p><p>deformação elástica linear; deformação plástica; e densificação</p><p>[86]. Os suportes componentes das estruturas de treliça são</p><p>suscetíveis a três mecanismos de colapso sob compressão -</p><p>escoamento, flambagem e fratura - que competem até que o</p><p>mecanismo com o limiar de tensão mais baixo seja atingido</p><p>[31].</p><p>Durante a deformação elástica, a resposta do material é</p><p>elástica linear com um módulo proporcional ao módulo de</p><p>elasticidade do material da estrutura. No entanto, para uma</p><p>representação mais precisa do módulo de elasticidade das</p><p>estruturas celulares metálicas, Ashby et al. recomendam</p><p>medir o módulo de descarga, pois ele representa melhor o</p><p>desempenho da estrutura [93].</p><p>Quando o limite elástico é atingido, a deformação plástica</p><p>começa quando as células começam a ceder ou a se curvar.</p><p>Para estruturas dominadas por flexão, a deformação continua</p><p>com uma tensão quase constante, chamada de tensão de</p><p>platô, enquanto a tensão necessária para uma maior</p><p>deformação oscila em estruturas dominadas por estiramento.</p><p>Quando os componentes da célula se deformam o suficiente</p><p>para que ocorra contato com outros componentes, restringindo</p><p>a deformação adicional, a tensão de densificação é atingida, e a</p><p>densificação começa à medida que a tensão aumenta</p><p>acentuadamente.</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 11</p><p>Fig. 5. Comportamento compressivo geral das estruturas de rede dominadas por</p><p>estiramento e flexão durante os estágios de deformação elástica, deformação plástica e</p><p>densificação.</p><p>Durante esse processo, há três modos de falha compressiva:</p><p>colapso sucessivo da célula; propagação de rachaduras através da</p><p>estrutura; e cisalhamento diagonal [15]. As células entram em</p><p>colapso devido à flambagem ou esmagamento. A propagação de</p><p>rachaduras geralmente</p><p>se origina de um defeito preexistente, e o</p><p>cisalhamento diagonal resulta em uma perda inicial de cerca de</p><p>50% da resistência, seguida de um fortalecimento um tanto</p><p>uniforme durante a densificação. A resistência à compressão</p><p>diminui com o aumento do tamanho da célula unitária quando a</p><p>porosidade é mantida constante, devido à maior tendência à</p><p>flambagem à medida que a esbeltez da estrutura aumenta [45]. A</p><p>resistência à compressão e a rigidez são altamente dependentes do</p><p>fato de a célula unitária apresentar comportamento dominado por</p><p>flexão ou por estiramento, e as estruturas dominadas por flexão são</p><p>compatíveis, enquanto as estruturas dominadas por estiramento têm</p><p>maior resistência [94]. Dados experimentais selecionados da</p><p>literatura [45] sobre o comportamento compressivo de determinadas</p><p>células</p><p>que demonstra isso é apresentada na Fig. 6.</p><p>As topologias de células BCC e FCC se comportam como</p><p>estruturas dominadas pela flexão, com um estágio inicial de</p><p>deformação elástica seguido de deformação contínua em uma</p><p>tensão de platô aproximadamente constante. No entanto, quando as</p><p>topologias são reforçadas com z-struts (BCCZ, FCCZ), as estruturas</p><p>apresentam um comportamento dominado por estiramento e são</p><p>mais fortes e rígidas, exigindo cargas maiores para causar o</p><p>escoamento e a deformação, e a deformação pós-escoamento ocorre</p><p>com uma tensão oscilante [86].</p><p>Isso significa que as topologias que tecnicamente seriam</p><p>definidas como dominadas pela flexão de acordo com o critério de</p><p>Maxwell, como BCCZ e FCCZ, são capazes de produzir um</p><p>comportamento dominado pelo estiramento, dependendo da</p><p>orientação das escoras em relação à direção da carga [41]. Além</p><p>disso, embora as estruturas de treliça geralmente se comportem da</p><p>maneira descrita por Gibson e Ashby [95], conforme apresentado na</p><p>Fig. 5, esse pode não ser o caso de topologias celulares mais</p><p>incomuns [96].</p><p>5.2. Desempenho de fadiga</p><p>O desempenho em fadiga das estruturas de treliça SLM é</p><p>fundamental para muitas aplicações técnicas de alto valor. Por</p><p>exemplo, os componentes biomédicos e aeroespaciais estão sujeitos</p><p>a limites rigorosos associados a cargas cíclicas [12].</p><p>O comportamento de fadiga das estruturas de treliça sujeitas a</p><p>cargas dinâmicas pode ser dividido em três estágios: no Estágio</p><p>1, a deformação aumenta rapidamente; no Estágio 2, a</p><p>deformação cumulativa permanece aproximadamente constante</p><p>por cerca de 10 ciclos4 a 10 ciclos6 ; e, no Estágio 3, a</p><p>deformação cumulativa aumenta exponencialmente, resultando</p><p>na rápida falha do corpo de prova [12].</p><p>Os fatores que afetam de forma mais significativa as</p><p>propriedades de fadiga das estruturas de treliça são: as</p><p>propriedades mecânicas do material em massa; a densidade</p><p>relativa da treliça; a topologia da célula; e a geometria dos</p><p>suportes da célula, que é definida pela distribuição do material</p><p>dentro da estrutura [12]. Descobriu-se que a vida útil da fadiga</p><p>da estrutura aumenta consistentemente com o aumento da</p><p>densidade relativa, mas a topologia da célula afeta</p><p>significativamente os resultados da fadiga. Descobriu-se que a</p><p>catraca cíclica, que se refere ao acúmulo progressivo de tensão</p><p>durante o Estágio 1 [97], depende da topologia da célula e da</p><p>geometria local [3]. Yavari et al. descobriram que, embora as</p><p>estruturas de treliça com determinadas topologias (diamante e</p><p>cuboctaedro truncado) tivessem uma vida útil de fadiga entre 1,5</p><p>× 105 e 2 × 105 ciclos, as estruturas de treliça com células</p><p>unitárias de cubo não falharam após 106 ciclos (o limite de seus</p><p>testes) [4].</p><p>Tanto a densidade relativa quanto a topologia afetam o</p><p>desempenho da fadiga da estrutura de treliça. O comportamento</p><p>de fadiga das estruturas de treliça SLM com determinadas</p><p>topologias e densidades relativas é comparado na Fig. 7. As</p><p>estruturas de treliça com maior densidade relativa puderam</p><p>sustentar cargas maiores por um número maior de ciclos do que</p><p>aquelas com menor densidade relativa (Fig. 7A), mas as</p><p>estruturas de treliça de cuboctaedro truncado puderam sustentar</p><p>cargas maiores por períodos semelhantes do que as estruturas de</p><p>treliça de diamante com densidades relativas semelhantes (Fig.</p><p>7B).</p><p>As cargas de tração fazem com que as tensões de flexão se</p><p>desenvolvam nos suportes em</p><p>12 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>Fig. 6. Relações de tensão-deformação para diferentes topologias de células baseadas em escoras [45]. A inclusão de estruturas em z nas estruturas de treliça BCC e FCC altera o</p><p>comportamento de dominado por flexão para dominado por estiramento.</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 13</p><p>Fig. 7. A: Comparação do comportamento de fadiga das estruturas de treliça SLM com topologias de diamante (D) e cuboctaedro truncado (C) e densidades relativas variáveis (%) [4].</p><p>B: Tensão de falha após 50 × 10 ciclos3 para diferentes topologias e densidades relativas.</p><p>estruturas dominadas por flexão. Essas tensões podem iniciar</p><p>rachaduras dentro das escoras que se propagam até a fratura final. À</p><p>medida que mais escoras falham, a capacidade de suporte de carga</p><p>e a rigidez da estrutura carregada por fadiga diminuem até a falha</p><p>catastrófica completa [12]. Os defeitos de fabricação, como o efeito</p><p>de escada, podem afetar significativamente as propriedades de</p><p>fadiga das estruturas de treliça [12] e a redução dos defeitos porosos</p><p>nas escoras por meio da otimização dos parâmetros de</p><p>processamento pode melhorar significativamente o desempenho da</p><p>fadiga da treliça [2].</p><p>Embora esteja claro que tanto a densidade relativa quanto a</p><p>topologia celular das estruturas de treliça afetam seu</p><p>desempenho de fadiga, o comportamento de fadiga mais amplo</p><p>das estruturas de treliça SLM continua sendo um campo</p><p>inexplorado [98].</p><p>5.3. Efeitos dos parâmetros de processamento no desempenho</p><p>da estrutura de treliça SLM</p><p>Como em qualquer componente fabricado por SLM, a seleção</p><p>dos parâmetros de processamento SLM adequados é de</p><p>importância vital para a produção de estruturas de rede com</p><p>desempenho ideal [41]. Muitos fatores, como a morfologia, o</p><p>tamanho e a composição química do pó [99], bem como a</p><p>distribuição do tamanho das partículas [100], a estratégia e a</p><p>potência de exposição ao laser [101], a velocidade de varredura do</p><p>laser e a espessura da camada [66], afetam a qualidade dos</p><p>resultados da fabricação de SLM. Esses fatores afetam as</p><p>propriedades mecânicas das estruturas de rede SLM, como</p><p>resistência e módulo, de diferentes maneiras. Por exemplo, Sing</p><p>et al.</p><p>[102] descobriram que a resistência e o módulo, bem como a</p><p>acurácia dimensional das estruturas de rede SLM, são mais</p><p>sensíveis à potência do laser em comparação com outros</p><p>parâmetros de processamento, como velocidade de varredura ou</p><p>espessura da camada. Os parâmetros de processamento também</p><p>afetam a microestrutura dos componentes SLM [103], inclusive</p><p>as estruturas de rede [101], o que afeta as propriedades</p><p>mecânicas. No entanto, ainda é necessária uma caracterização</p><p>mais aprofundada das relações entre os parâmetros de</p><p>processamento e as propriedades mecânicas dos componentes</p><p>SLM [104].</p><p>6. Microestrutura dos componentes SLM e efeito do</p><p>tratamento térmico</p><p>O SLM tem muitas vantagens como método de fabricação,</p><p>mas a forma de fabricação (fusão de pó metálico) tem</p><p>implicações para a microestrutura dos componentes fabricados.</p><p>A solidificação rápida e direcional associada à SLM pode afetar</p><p>significativamente a microestrutura local. Por exemplo, a solidificação</p><p>direcional pode resultar em uma orientação cristalográfica preferencial</p><p>que pode influenciar as propriedades mecânicas [98]. Além disso, a</p><p>solidificação rápida pode levar ao refinamento dos grãos, o que resulta</p><p>em maior resistência à deformação, pois atua como uma barreira contra</p><p>14 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>movimento de deslocamento [76], mas também pode resultar</p><p>em fenômenos de segregação ou fases de não equilíbrio</p><p>[105].</p><p>Os gradientes de alta temperatura</p><p>resultam em uma</p><p>microestrutura de fase martensítica acicular hexagonal, uma0 ,</p><p>para o Tie6Ale4V [105,106]. A fusão parcial das camadas</p><p>anteriores durante a fabricação leva à elongação dos grãos, o</p><p>que pode melhorar as propriedades mecânicas, como a</p><p>resistência [107], cuja direção é determinada pelo caminho de</p><p>varredura do laser e pela geometria do componente [105]. A</p><p>solidificação ocorre principalmente por meio do crescimento</p><p>epitaxial na direção do fluxo de calor [98].</p><p>A microestrutura das estruturas de rede do SLM resulta do</p><p>processo de fabricação do SLM, mas a microestrutura pode</p><p>ser alterada ainda mais com o tratamento térmico.</p><p>6.1. Efeito do tratamento térmico na microestrutura</p><p>Os tratamentos térmicos são um meio viável de melhorar</p><p>as propriedades mecânicas das estruturas de treliça [12] de</p><p>várias maneiras, incluindo o fechamento de poros internos, a</p><p>melhoria da fusão local ou a modificação microestrutural [2].</p><p>Por exemplo, Wauthle et al. investigaram os efeitos do</p><p>tratamento térmico de alívio de tensão e da prensagem</p><p>isostática a quente (HIP) sobre as propriedades mecânicas das</p><p>estruturas de treliça Ti6Al4V e descobriram que o alívio de</p><p>tensão melhorava a resistência ao escoamento em 15% a 25%</p><p>e a HIP melhorava a ductilidade, embora, como é comum, ao</p><p>custo da resistência [98]. A Fig. 8 apresenta uma comparação</p><p>das microestruturas de espécimes como construídos, com</p><p>alívio de tensão e HIP.</p><p>Maskery et al. descobriram que o tratamento térmico</p><p>envolvendo tratamento de solução seguido de resfriamento</p><p>com água e envelhecimento artificial altera significativamente</p><p>o comportamento de deformação da rede, resultando em curvas</p><p>de tensão-deformação que se assemelham mais à deformação</p><p>sólida celular ideal do modelo Gibson-Ashby [15]. O</p><p>tratamento térmico não aumentou a absorção de energia</p><p>específica das estruturas de rede testadas, mas a mesma</p><p>energia foi absorvida com tensões de pico significativamente</p><p>menores. No entanto, a resistência ao colapso da rede foi</p><p>reduzida em aproximadamente 25% em comparação com as</p><p>estruturas de rede construídas.</p><p>Pattanayak et al. descobriram que o tratamento químico e</p><p>térmico pós-processamento de espécimes de titânio melhora</p><p>significativamente a rugosidade da superfície [70], o que tem</p><p>implicações significativas para melhorar a resistência à fadiga.</p><p>As amostras foram mergulhadas em hidróxido de sódio seguido</p><p>de ácido clorídrico para bioativação e, em seguida, lavadas</p><p>com água pura. Em seguida, foram aquecidos a 600◦ C por 1 h e</p><p>depois</p><p>permitiu o resfriamento natural no forno. Descobriu-se que isso</p><p>também melhora a biocompatibilidade, pois produz um óxido de</p><p>titânio livre de sódio na superfície, que também forma uma</p><p>camada de apatita semelhante ao osso em um fluido corporal</p><p>simulado [70]. No entanto, Koehnen descobriu que o</p><p>recozimento da estrutura do aço inoxidável 316L não teve efeito</p><p>benéfico sobre a resistência à tração ou à fadiga [86].</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 15</p><p>Fig. 8. Os efeitos microestruturais do tratamento térmico de alívio de tensão (B) e da</p><p>prensagem isostática a quente (HIP) (C) em comparação com o Ti6Al4V (A) como</p><p>construído [97]. Na condição como construída (A), observa-se que a fase martensítica a0</p><p>dentro dos grãos b anteriores está alinhada principalmente com a direção de construção,</p><p>enquanto a microestrutura tratada termicamente (B) mostra uma fase transformada a0 -</p><p>que consiste em plaquetas a finas onde a fase b está presente. Após o tratamento HIP</p><p>(C) não foi observada nenhuma orientação preferencial de grão, resultando em uma</p><p>microestrutura isotrópica.</p><p>Essas descobertas sugerem que os tratamentos térmicos</p><p>oferecem oportunidades para que os projetistas ajustem a</p><p>resposta mecânica das estruturas de rede SLM. No entanto,</p><p>assim como ocorre com os materiais em massa, geralmente há</p><p>uma troca entre determinadas propriedades, como resistência e</p><p>ductilidade [108], e para um controle preciso da resposta, essas</p><p>relações devem ser mais bem compreendidas.</p><p>7. Defeitos geométricos potenciais das estruturas de treliça</p><p>SLM</p><p>Os componentes fabricados por SLM são potencialmente</p><p>propensos a defeitos geométricos que podem ser causados por uma</p><p>variedade de problemas, como parâmetros de processamento abaixo</p><p>do ideal [109] ou defeitos internos devido ao preenchimento</p><p>incompleto pela trajetória do laser [45]. As tensões residuais</p><p>resultantes dos gradientes térmicos significativos experimentados</p><p>pelos componentes durante a fabricação também podem causar</p><p>defeitos geométricos e deformação macroscópica, como entalhes</p><p>graves ou suportes distorcidos [67]. O efeito de escada é outra</p><p>forma de erro geométrico comum aos processos de AM, inclusive</p><p>SLM. Esses defeitos têm implicações para as propriedades</p><p>mecânicas e biológicas dos componentes fabricados e afetam a</p><p>capacidade de fabricação, a precisão dimensional e a rugosidade da</p><p>superfície das estruturas de rede SLM [2].</p><p>7.1. Capacidade de fabricação</p><p>As geometrias que podem ser fabricadas de forma viável pelo</p><p>SLM estão sujeitas a restrições de fabricação. Por exemplo, existe</p><p>uma</p><p>16 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137ângulo de inclinação mínimo para superfícies salientes abaixo das</p><p>quais as estruturas não podem ser fabricadas sem distorção</p><p>geométrica excessiva [110]. Esse ângulo mínimo de inclinação é</p><p>uma função dos parâmetros de processamento, do tipo de material</p><p>e das características do pó, e geralmente é simplificado como</p><p>sendo 45 ◦ [111]. Por exemplo, Yan et al. descobriram que os</p><p>suportes com um ângulo de inclinação</p><p>erros. Por</p><p>exemplo, ao usar um tamanho de ponto de 80 mm com vetores de</p><p>varredura deslocados 40 mm para dentro, Van Bael et al.</p><p>descobriram que o tamanho da poça de fusão era de</p><p>aproximadamente 180 mm, restringindo o tamanho mínimo viável</p><p>do recurso [112]. Foi observado que a diminuição da potência do</p><p>laser e o aumento da velocidade de varredura podem reduzir o</p><p>tamanho da poça de fusão, mas isso limita o controle da</p><p>porosidade e impõe uma restrição de projeto ao reduzir a</p><p>capacidade de controle dos tamanhos de poros abaixo de 400 mm.</p><p>Mullen et al. propuseram que isso poderia ser devido ao</p><p>aquecimento difusivo de suportes vizinhos devido à difusão</p><p>térmica momentânea através do pó durante a varredura [74].</p><p>7.3. Rugosidade da superfície</p><p>A rugosidade da superfície dos componentes fabricados por</p><p>SLM é afetada por vários fatores, inclusive a estabilidade, as</p><p>dimensões e o comportamento da poça de fusão durante o processo</p><p>de SLM [105], bem como a orientação de uma superfície em</p><p>relação ao feixe de laser [111] (Fig. 10). Quando uma superfície</p><p>está voltada para cima durante a fabricação, ela entra em contato</p><p>direto com o feixe de laser, e quase todas as partículas em contato</p><p>com a superfície são fundidas. No entanto, as superfícies voltadas</p><p>para baixo sem suporte estão em contato com o leito de pó e,</p><p>quando a poça de fusão se solidifica, as partículas não derretidas</p><p>ficam presas. O aumento do ângulo de inclinação das superfícies</p><p>voltadas para baixo reduz esse efeito [111].</p><p>Foi constatado que a rugosidade da superfície das estruturas de</p><p>rede SLM é</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 17</p><p>Fig. 9. O efeito escada e as discrepâncias entre as geometrias pretendidas e fabricadas resultam do método de fabricação em camadas da AM. A diferença entre a espessura da camada e</p><p>a profundidade da fusão a laser permite a fusão entre as camadas nas sobreposições, mas também causa a adesão de partículas não fundidas às superfícies voltadas para baixo.</p><p>significativamente afetado pela inclinação dos suportes de seus</p><p>componentes devido à adesão de partículas não fundidas às</p><p>superfícies voltadas para baixo [94]. Durante o processo SLM, as</p><p>superfícies voltadas para baixo têm a possibilidade de</p><p>superaquecer, o que pode fazer com que partículas de pó</p><p>parcialmente fundidas adiram a elas [114]. A área das superfícies</p><p>voltadas para baixo é inversamente proporcional ao ângulo de</p><p>inclinação, o que significa que os suportes com menor inclinação</p><p>têm maior área de superfície voltada para baixo, aumentando o</p><p>potencial de adesão de partículas não fundidas e reduzindo a</p><p>qualidade da superfície.</p><p>No entanto, a rugosidade da superfície não é necessariamente</p><p>uma desvantagem para determinadas aplicações, pois vários</p><p>critérios biomédicos para implantes, como a fixação de células,</p><p>são aprimorados com o aumento da rugosidade da superfície</p><p>[115]. Por exemplo, Sarker et al. descobriram que o ângulo de</p><p>inclinação pode ser utilizado para modificar a topografia da</p><p>superfície de implantes metálicos para restringir o biofilme de</p><p>Staphylococcus aureus [77].</p><p>7.4. Efeitos dos defeitos no desempenho mecânico das estruturas de</p><p>rede SLM</p><p>Entende-se que as imperfeições geométricas associadas às</p><p>estruturas de treliça SLM têm um efeito significativo no</p><p>desempenho mecânico e no comportamento de deformação [73],</p><p>e podem comprometer seriamente a funcionalidade,</p><p>especialmente a resposta elástica e de falha das estruturas de</p><p>treliça [75]. Estudos sugerem que a falha</p><p>Os mecanismos das estruturas de treliça SLM não são definidos</p><p>apenas pela topologia e geometria das células, mas os defeitos</p><p>geométricos induzidos pela SLM, como ondulação das hastes,</p><p>variação da espessura das hastes e superdimensionamento das</p><p>hastes, também desempenham um papel significativo [116]. Os</p><p>defeitos microestruturais resultantes do processo SLM também</p><p>afetam negativamente o desempenho das estruturas de treliça</p><p>[117].</p><p>A presença de defeitos pode ser reduzida pela otimização dos</p><p>parâmetros de processamento [109], mas, devido à maneira de</p><p>fabricação e à complexidade do processo, parece que os</p><p>componentes fabricados por SLM são inerentemente suscetíveis</p><p>a certos níveis de defeitos. Por esse motivo, muitas pesquisas</p><p>foram realizadas para levar em conta esses defeitos na</p><p>modelagem numérica das estruturas de treliça SLM para prever</p><p>com mais precisão seu comportamento.</p><p>8. Modelagem numérica de estruturas de treliça SLM</p><p>Os esforços para desenvolver modelos para prever o</p><p>comportamento mecânico das estruturas celulares remontam à</p><p>década de 1950 [118], mas com a ampla adoção moderna dos</p><p>métodos de elementos finitos (FE), vários modelos numéricos para</p><p>prever esse comportamento foram desenvolvidos recentemente.</p><p>No entanto, conforme mencionado acima, os defeitos resultantes</p><p>do processo de fabricação afetam significativamente o</p><p>comportamento mecânico das estruturas de treliça SLM e, portanto,</p><p>entende-se que essas estruturas não podem ser</p><p>18 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137Fig. 10. Comparação das qualidades das superfícies voltadas para cima e para baixo dos corpos de prova fabricados por SLM. Pouquíssimas partículas não derretidas são fixadas nas</p><p>superfícies voltadas para cima (A), enquanto as superfícies voltadas para baixo estão em contato com o leito de pó e muitas partículas não derretidas são fixadas.</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 19</p><p>modeladas com precisão com base em geometrias ideais. A</p><p>modelagem precisa dessas estruturas exige que os defeitos de</p><p>fabricação sejam levados em conta e, portanto, a incorporação de</p><p>defeitos em modelos simplificados de estruturas de treliça SLM</p><p>tem recebido atenção considerável da pesquisa:</p><p>● Liu et al. [116] identificaram defeitos usando mCT e os</p><p>incorporaram a modelos em que cada suporte foi representado</p><p>por quatro elementos de viga, com deslocamento nodal e raio</p><p>atribuídos com base na respectiva função de densidade de</p><p>Kernel para a variação de ondulação e espessura.</p><p>● Lei et al. [73] usaram a mCT para quantificar a variação do</p><p>diâmetro da escora e geraram escoras em que a variação foi</p><p>reconstruída de forma que os locais de distribuição de</p><p>defeitos fossem mantidos.</p><p>● Lozanovski et al. [119] usaram a mCT para estudar a variação</p><p>dos principais momentos de inércia, as orientações do eixo</p><p>principal e o desvio do centroide das escoras de AM, e</p><p>propuseram um método para modelá-las com seções</p><p>transversais elípticas que imitam as propriedades derivadas da mCT.</p><p>● Concli e Gilioli [120] propuseram um modelo de parâmetro fixo</p><p>para</p><p>um painel sanduíche baseado em treliça, cujas células</p><p>elementares foram representadas por um conjunto de molas não</p><p>lineares com comportamento de rigidez determinado pela</p><p>resposta de modelos FEM simulados sob compressão,</p><p>cisalhamento, torção e tensão.</p><p>● Amani et al. [121] compararam modelos homogêneos e</p><p>heterogêneos, levando em conta a porosidade por meio de um</p><p>modelo de Gurson-Tvergaard-Newleman com base na</p><p>varredura de TCM e concluíram que o modelo homogêneo</p><p>previu demais a resposta, enquanto o modelo heterogêneo foi</p><p>mais adequado aos resultados experimentais.</p><p>● Ravari et al. [117] geraram modelos de FE em que o diâmetro da</p><p>escora e os desvios axiais foram representados usando esferas</p><p>com diâmetros e localizações de centroide variáveis. Esses</p><p>modelos foram capazes de capturar os efeitos das</p><p>imperfeições microestruturais no desempenho da estrutura de</p><p>treliça.</p><p>● Campoli et al. [122] representaram os suportes de AM usando</p><p>elementos de feixe de diâmetros variados, os diâmetros foram</p><p>extraídos de uma distribuição gaussiana ajustada aos</p><p>diâmetros derivados da microscopia eletrônica de varredura.</p><p>Equilibrar os objetivos conflitantes da modelagem precisa das</p><p>estruturas de treliça SLM e, ao mesmo tempo, minimizar os gastos</p><p>com computação continua sendo um campo aberto para pesquisa. O</p><p>progresso requer uma abordagem multidisci- plinar que incorpore</p><p>a</p><p>simulação do processo PBF e a resposta mecânica das estruturas de</p><p>treliça, bem como a caracterização do processamento e da</p><p>capacidade de fabricação do SLM. Devido à complexidade da</p><p>modelagem numérica precisa de estruturas de treliça, outros</p><p>métodos de previsão de seu desempenho são usados com</p><p>frequência, como o modelo Gibson-Ashby.</p><p>9. O modelo Gibson-Ashby</p><p>O modelo Gibson-Ashby é o modelo mais notável e comumente</p><p>aceito para a previsão das propriedades das estruturas celulares,</p><p>incluindo estruturas de rede [95]. Uma série de propriedades</p><p>mecânicas, térmicas e elétricas de estruturas celulares pode ser</p><p>prevista e avaliada.</p><p>previstos com base na densidade relativa da estrutura e são</p><p>expressos como</p><p>E* = O módulo estático da estrutura celular.</p><p>Es = O módulo estático do material em massa da estrutura celular.</p><p>C = constante de Gibson-Ashby, cujo valor depende da topologia e da geometria</p><p>da célula unitária e é derivado de resultados experimentais.</p><p>s* = A resistência da estrutura celular.</p><p>sy,s = Tensão de escoamento do material em massa da estrutura celular.</p><p>9.1. Modelo Gibson-Ashby na literatura de estruturas de treliça SLM</p><p>Muitos estudos sobre o desempenho das estruturas de rede SLM</p><p>constataram que os resultados experimentais são consistentes</p><p>com as previsões do modelo Gibson-Ashby, como, por exemplo:</p><p>● McKown et al. descobriram que o módulo da estrutura de rede</p><p>BCCZ aumentava com o quadrado da densidade relativa,</p><p>conforme previsto pelo modelo Gibson-Ashby, mas descobriram</p><p>que o módulo das estruturas de rede BCC ficava abaixo dos</p><p>valores previstos. Isso foi explicado pela falta de suportes axiais</p><p>nas estruturas de treliça BCC, o que as torna mais compatíveis</p><p>sob cargas compressivas, resultando em deformação global com</p><p>falha local mínima [123].</p><p>● Yan et al. observaram aumentos no módulo e na resistência</p><p>das estruturas de rede SLM com o aumento da densidade</p><p>relativa, o que é consistente com as expectativas do modelo</p><p>Gibson-Ashby [47].</p><p>● Zargarian et al. conseguiram relacionar a densidade relativa, as</p><p>propriedades de fadiga do material a granel, a geometria da</p><p>célula e a distribuição de sólidos ao desempenho de fadiga das</p><p>estruturas de treliça SLM, conforme previsto pelo modelo</p><p>Gibson-Ashby [12].</p><p>No entanto, também foram observadas discrepâncias entre os</p><p>resultados experimentais e as previsões do modelo, que foram</p><p>atribuídas a vários fatores, inclusive:</p><p>● As tensões residuais resultantes do processo de fabricação do</p><p>SLM podem levar à deformação em níveis de tensão inferiores</p><p>aos previstos [47].</p><p>● A densidade da rede pode ser superestimada por meios como</p><p>o método de Archimedes, pois os componentes fabricados</p><p>por SLM geralmente têm pó não derretido preso à sua</p><p>superfície, o que aumenta o volume sem contribuir para a</p><p>resistência, resultando em erro de cálculo da densidade</p><p>relativa efetiva e discrepâncias com os resultados previstos</p><p>[124].</p><p>● Zadpoor observa que as avaliações analíticas da densidade</p><p>relativa das estruturas de treliça SLM para a aplicação do</p><p>modelo Gibson-Ashby são propensas a erros devido à</p><p>contagem da massa contribuída pelos suportes várias vezes</p><p>em sua junção [2].</p><p>● Zhang et al. também observam que as estruturas de treliça</p><p>podem apresentar comportamentos elásticos lineares e não</p><p>lineares quando carregadas, o que significa que a identificação</p><p>do módulo correto pode ser difícil [3].</p><p>No entanto, embora possam existir certas discrepâncias entre os</p><p>resultados da experiência e as previsões do modelo de Gibson-</p><p>Ashby, seu</p><p>Tabela 3</p><p>Fórmulas do modelo Gibson-Ashby [31].</p><p>Tipo de resposta Propriedade mecânica Fórmula Número da equação</p><p>frações das propriedades do material de origem da estrutura. São</p><p>fornecidas fórmulas para várias propriedades mecânicas, incluindo</p><p>módulos de cisalhamento e flexão, limite de resistência e dureza,</p><p>mas todas são funções da resistência ou do módulo da estrutura.</p><p>Essas propriedades dependem do tipo de resposta exibida pela</p><p>estrutura</p><p>(dominadas por flexão ou alongamento) e têm uma relação de potência positiva.</p><p>Dominado por flexão Módulo (E) E*</p><p>E</p><p>s</p><p>=</p><p>C</p><p>Força (s) s*</p><p>= C</p><p>sy</p><p>20 T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137</p><p>sy</p><p>= C</p><p>;s</p><p>Modulus (E) E*</p><p>r* 2 3</p><p>rs</p><p>3</p><p>r 2* 4</p><p>rs</p><p>r*</p><p>5</p><p>A estrutura celular tem uma relação de dependência com a</p><p>densidade relativa da estrutura [31]. As fórmulas para o módulo e</p><p>a resistência das estruturas celulares dominadas por flexão e</p><p>alongamento são apresentadas na Tabela 3, onde:</p><p>Dominado por</p><p>estiramento</p><p>Es</p><p>= C</p><p>Força (s) s*</p><p>;s</p><p>rs</p><p>r*</p><p>6</p><p>rs</p><p>T. Maconachie et al. / Materials and Design 183 (2019) 108137 21</p><p>Tabela 4</p><p>Dados de teste de compressão quase estática para dados de rede SLM coletados da literatura, ordenados por topologia de célula unitária. Os dados representam intervalos de</p><p>valores relatados. O traço (e) indica a ausência de dados.</p><p>Topologia Material Densidade</p><p>relativa (%)</p><p>Tamanho</p><p>da célula</p><p>(mm)</p><p>Suporte Geometria (N =</p><p>nominal, diâmetro M = medido)</p><p>(mm)</p><p>Resistência à</p><p>compressão</p><p>(MPa)</p><p>Módulo</p><p>(MPa)</p><p>Dados de referência</p><p>pontos</p><p>BCC AÇO</p><p>INOXIDÁV</p><p>EL 316L</p><p>3.5e13.8 1.25 0.19e0.22 N 0.36e5.89 17.89e378 [125] 21</p><p>BCC AÇO</p><p>INOXIDÁV</p><p>EL 316L</p><p>2.3e4.3 e 0.162 N 0.2e1 8.68e57.56 [64] 18</p><p>e0.23</p><p>BCC, BCCZ AÇO</p><p>INOXIDÁV</p><p>EL 316L</p><p>5.3e16.6 1.5e2.5 0.25 N 0.92e15 50e2700 [123] 8</p><p>BCC, BCCZ AlSi10Mg 0.7e22.2 10 1 N, M 0.46e4.36 21.71 [73] 8</p><p>e490.22</p><p>BCC, BCCZ, FCC, FCCZ Inconel 625 2.5e13.8 2e4 0.3 N, M 0.8e10.9 22.1e1246 [45] 13</p><p>BCC, BCCZ, FCC, FCCZ, FBCCZ, Ti6Al4V, 7.5e39.7 2e7.5 0.3e1 N, M 4e124 110e2780 [126] 18</p><p>FBCCXYZ AlSi12Mg</p><p>BCC, treliça octeto SS 630 (17- 43 e e N, M e 9710 [68] 5</p><p>4PH) e13,960</p><p>Diamante Ti6Al4V 3.6e26.5 e e N 8.2e99.64 370e4240 [13] 4</p><p>Dodecaedro Ti6Al4V 15.78 e e N, M 19.4e117.2 550e3490 [127] 4</p><p>e314.55</p><p>Giróide Titânio CP 26.7e31.3 2e3 e N 44.9e54.5 1465e2676 [76] 3</p><p>Gyroid, diamante de Schwartz Ti6Al4V 5e95 3e7 e N 47e1559 120 [71] 4</p><p>e17,190</p><p>Treliça de octeto, AlSi10Mg 10.4e14.7 e e N, M 4.7e9.1 690e1250 [75] 2</p><p>Rhombicuboctahedron</p><p>Schwartz primitivo, grade de</p><p>cilindros</p><p>Ti6Al4V 70e90 1.5 0.37e0.58 N, M e 920e2420 [69] 4</p><p>Cúbico simples Ti6Al4V 19.4e36.2 e 0.54e0.64 N, M 108e170 5360e8730 [72] 5</p><p>Cuboctaedro truncado, simples Ti6Al4V 20e34 e e N, M 31.7e112.6 2180e4578 [4] 12</p><p>cúbico, diamante</p><p>Total 129</p><p>O insight fundamental de que há uma relação de potência</p><p>positiva entre as propriedades de uma estrutura de rede e sua</p><p>densidade relativa é geralmente aceito e, como tal, o modelo é</p><p>regularmente referido como um modelo de estrutura de rede.</p><p>E*</p><p>Es</p><p>= C</p><p>r* n</p><p>rs</p><p>(7b)</p><p>na literatura de estruturas de rede AM.</p><p>9.2. Dados experimentais de compressão para estruturas de</p><p>rede SLM relatados na literatura</p><p>Os dados experimentais dos testes de compressão relatados na</p><p>literatura foram coletados e são apresentados na Tabela 4. Os</p><p>dados são ordenados pelas topologias de célula unitária</p><p>investigadas e resumidos pelas faixas de valores relatados. O</p><p>desempenho mecânico das estruturas de rede geralmente é</p><p>quantificado em termos de resistência e módulo da estrutura, o</p><p>que significa que esses são os valores mais comumente relatados.</p><p>A densidade da rede pode ser medida ou prevista por vários</p><p>métodos, cada um deles com um certo nível de erro. Por</p><p>exemplo, quando a densidade é medida a partir de dados CAD</p><p>(geometria nominal), erros significativos são introduzidos à</p><p>medida que a geometria fabricada pelo SLM varia em relação aos</p><p>dados CAD de entrada. Como alternativa, a densidade pode ser</p><p>medida diretamente (pelo método de Arquimedes) ou inferida a</p><p>partir de dados de mCT (geometria medida). Esses métodos</p><p>experimentais aumentam a confiança na densidade relativa</p><p>informada, mas incorrem em custos e esforços experimentais.</p><p>Para permitir uma visão do efeito desses métodos de</p><p>quantificação de densidade nos dados relatados, o</p><p>O método de previsão é relatado na Tabela 4.</p><p>9.3. Comparação dos dados experimentais relatados com as</p><p>previsões do modelo Gibson-Ashby</p><p>Conforme mencionado</p>