Repositorio
Institucional

Tuninetti, Victor

Density-Based Topology-Optimized 3D-Printed Fixtures for Cyclic Mechanical Testing of Lattice Structures

MDPI

POLYMERS

en

The reliable experimental characterization of architected lattice materials under cyclic loading requires accurate fixture systems that ensure proper load transfer without introducing parasitic effects. This study presents the design and validation of testing fixtures optimized using density-based topological optimization techniques for performing cyclic load tests on lattice structures. The supports were manufactured with PLA filaments and evaluated using finite element simulation and experimental testing. The results show that the final design achieved a safety factor of 4.25, significantly improving on the initial value of 2.08. Likewise, the optimized supports showed reduced deformations by around 80% compared to the machine clamps, ensuring rigid and reliable stress transfer. In particular, while the metal structure of the test system showed deformations of several millimeters, the optimized PLA supports recorded displacements around 0.73 mm, confirming that they remain virtually rigid and ensure correct transmission of forces to the Kelvin-type structure. These findings confirm the viability of using PLA as an alternative to conventional metal devices in fixtures for mechanical testing of lattice materials.La caracterización experimental fiable de materiales reticulares estructurados bajo carga cíclica requiere sistemas de sujeción precisos que garanticen una correcta transferencia de carga sin introducir efectos parásitos. Este estudio presenta el diseño y la validación de dispositivos de ensayo optimizados mediante técnicas de optimización topológica basadas en la densidad para realizar ensayos de carga cíclica en estructuras reticulares. Los soportes se fabricaron con filamentos de PLA y se evaluaron mediante simulación de elementos finitos y ensayos experimentales. Los resultados muestran que el diseño final alcanzó un factor de seguridad de 4,25, mejorando significativamente el valor inicial de 2,08. Asimismo, los soportes optimizados mostraron deformaciones reducidas en torno a un 80 % en comparación con las abrazaderas de la máquina, lo que garantiza una transferencia de tensión rígida y fiable. En concreto, mientras que la estructura metálica del sistema de ensayo mostró deformaciones de varios milímetros, los soportes de PLA optimizados registraron desplazamientos de alrededor de 0,73 mm, lo que confirma que permanecen prácticamente rígidos y garantizan una correcta transmisión de fuerzas a la estructura tipo Kelvin. Estos hallazgos confirman la viabilidad del uso de PLA como alternativa a los dispositivos metálicos convencionales en dispositivos de sujeción para ensayos mecánicos de materiales reticulares.

artículo original

topology optimization

3D printed fixtures

cyclic mechanical testing

lattice structures

additive manufacturing

10.3390/polym17182468

pdf

LEVEL SET METHOD

THERMOELASTIC STRUCTURES

DESIGN

LEVEL SET METHOD

THERMOELASTIC STRUCTURES

DESIGN

Ingeniería de los Materiales

Otras Ingenierías y Tecnologías

Ingeniería Mecánica

versión publicada

dorada

verde

acceso abierto

acceso abierto

WOS:001579882500001

Density-Based Topology-Optimized 3D-Printed Fixtures for Cyclic Mechanical Testing of Lattice Structures

artículo original

MDPI

POLYMERS

Polymer Science

en

CC BY 4.0

Fondequip

Fondequip [EQM180111]

pdf