Exploring Building Orientation Effects on Mechanical Properties in FDM Technology: A Two-Scale Numerical Analysis

Additive manufacturing, particularly Fused Deposition Modeling (FDM), has revolutionized the fabrication of customized products, offering an opportunity to make complex parts. However, inherent complexity of these parts demands attention to analyze them, especially in understanding their mechanical properties. This study uses a homogenization method to determine these properties using two scale technique. Our investigation explores the influence of building orientation (Flat, On-edge, Up-right) on longitudinal Young’s modulus. To achieve this, we begin by creating the appropriate Representative Volume Element (RVE) which embodies the microstructure of 3D printed specimens. Subsequently, we calculate orthotropic properties of this RVE using Material Designer tool. Then, these properties are integrated into the subdivided specimen using material Referencess within ANSYS Workbench. And finally, we validate our numerical findings with experimental results.

La fabrication additive, en particulier le Dépôt de fil fondu (DFF), a révolutionné la fabrication de produits personnalisés, offrant une opportunité de créer des pièces complexes. Cependant, la complexité inhérente de ces pièces nécessite une attention particulière pour les analyser, notamment pour comprendre leurs propriétés mécaniques. Cette étude utilise une méthode de l’homogénéisation pour déterminer ces propriétés en utilisant une technique à deux échelles. Notre investigation explore l’influence de l’orientation de fabrication (Flat, On-edge, Up-right) sur le module de Young longitudinal. Pour ce faire, nous commençons par créer l’élément de volume représentatif (RVE) approprié qui incarne la microstructure des spécimens imprimés en 3D. Ensuite, nous calculons les propriétés orthotropes de ce RVE en utilisant l’outil Material Designer. Puis, ces propriétés sont intégrées dans le spécimen subdivisé en utilisant des références de matériaux dans ANSYS Workbench. Enfin, nous validons nos résultats numériques avec des résultats expérimentaux.

FDM homogenization method RVE Two-Scale Numerical Analysis Interface Building orientation

DFF méthode d’homogénéisation RVE méthode à deux échelles analyse numérique interface orientation d’impression