9月7日消息,一篇9月3日提交至arXiv的论文(编号2609.04399)由Beijun Shen与Mary C. Boyce合作完成,针对多材料喷墨3D打印(PolyJet)产生的数字化混合聚合物建立了统一本构建模框架。

PolyJet多材料打印可在体素(voxel)尺度上数字混合弹性体光敏聚合物(Agilus)与玻璃态光敏聚合物(Vero),形成一个室温力学响应从类橡胶到类玻璃连续过渡的材料家族——此前对这一家族缺乏统一描述。研究通过跨近三个数量级应变速率的大变形单轴压缩实验发现:加载-卸载响应呈非线性、率相关且随组分连续演化,从可恢复的弹性体滞回,过渡到玻璃态屈服、屈服后软化、再硬化并伴随显著残余应变。

动态力学分析(DMA)显示每种混合物都有单一的玻璃化转变温度(Tg),且Tg随Vero组分与测试频率升高而向高温移动——换言之,组分的作用方式类似于温度或加载速率,由此提出"时间-组分等效性",并据此构建覆盖整个家族的非线性黏弹-黏塑性本构框架,实现任意数字配比的性能预测。

这一框架对增材制造意义直接:设计师可在CAD层面按体素指定材料配方,若力学响应可由统一模型预测,则"材料即设计变量"的功能梯度零件(柔性铰链、渐硬缓冲结构、超材料)将获得工程级可靠性工具,缩短从打印参数到服役性能的验证链条,相关方法也适用于光固化数字制造的其他材料体系。 (来源:arXiv)