Sensitivity Analysis and Influence Evaluation of Progressive Wall Thickness of Honeycomb Structures as Energy Absorber Produced by Additive Technology Multi-Jet Fusion

Abstract

The aim of this study was to investigate the potential of polymeric cell structures for the production of energy absorbers and to focus on the geometric optimization of polymeric cell structures producible by additive technologies to achieve the required deformation characteristics, high material efficiency and the low weight of the resulting absorber. A detailed analysis of different types of cell structures (different lattice structures and honeycombs) and their properties was performed. Honeycombs, which have been further examined in more detail, are best suited for absorbing large amounts of energy and high levels of material efficiency at known load directions. Honeycombs have the potential to absorb large amounts of energy relative to their low weight and their deformation characteristics have a relatively constant course. Honeycombs have the major disadvantage of an initial peak. However, this peak can be removed by appropriately adjusting the geometry of the honeycomb. Thanks to the possibilities that additive technology allows us, honeycombs with progressive wall thickness have been designed and researched. The output of this study is a detailed analysis of the properties and several design recommendations for the design of a honeycomb with a progressive wall thickness to achieve the required properties.

Cílem této studie bylo prozkoumat potenciál polymerních buněčných struktur pro výrobu absorbérů energie a zaměřit se na geometrickou optimalizaci polymerních buněčných struktur vyrobitelných aditivními technologiemi pro dosažení požadovaných deformačních charakteristik, vysoké materiálové účinnosti a nízké hmotnosti výsledného absorbéru. Byla provedena podrobná analýza různých typů buněčných struktur (různé mřížkové struktury a voštiny) a jejich vlastností. Voštiny, které byly dále podrobněji zkoumány, jsou nejvhodnější pro absorpci velkého množství energie a vysokou úroveň materiálové účinnosti při známých směrech zatížení. Voštiny mají potenciál absorbovat velké množství energie vzhledem k jejich nízké hmotnosti a jejich deformační charakteristiky mají relativně konstantní průběh. Hlavní nevýhodou voštin je počáteční vrchol. Tento vrchol však lze odstranit vhodnou úpravou geometrie voštiny. Díky možnostem, které nám aditivní technologie umožňuje, byly navrženy a prozkoumány voštiny s progresivní tloušťkou stěny. Výstupem této studie je podrobná analýza vlastností a několik konstrukčních doporučení pro návrh voštiny s progresivní tloušťkou stěny pro dosažení požadovaných vlastností.