3Ｄ打印成型的第二代非充氣輪胎。胎面和輪輻通過(guò)3Ｄ打印直接成型，非充氣輪胎整體結(jié)構(gòu)完整。但是通過(guò)對(duì)第二代非充氣輪胎打印成型制品的研究發(fā)現(xiàn)，非充氣輪胎內(nèi)壁的層與層之間容易脫層，而且強(qiáng)度不夠，容易損壞。分析原因可能是由于第二代非充氣輪胎采用一體化3Ｄ打印成型，內(nèi)壁處3Ｄ打印速度快，層與層之間粘結(jié)強(qiáng)度弱所導(dǎo)致得。

因此，對(duì)于第二代非充氣輪胎的3Ｄ打印成型，應(yīng)適當(dāng)降低內(nèi)壁處3Ｄ打印速度，以保證內(nèi)壁處層與層之間的充分粘結(jié)。同時(shí)在非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)適當(dāng)增加內(nèi)壁的厚度，以保證內(nèi)壁的力學(xué)強(qiáng)度。

結(jié)合對(duì)第一代非充氣輪胎和第二代非充氣輪胎最終3Ｄ打印制品的性能分析，對(duì)非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第三次優(yōu)化。第三代非充氣輪胎在結(jié)構(gòu)上依然采用胎面和輪轄一體化結(jié)構(gòu)，同時(shí)在第二代非充氣輪胎的基礎(chǔ)上增加內(nèi)壁的壁厚。此外在內(nèi)壁中間部位處還設(shè)計(jì)了一個(gè)輪框結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)目的是為了最終非充氣輪胎與汽車(chē)輪輞的固定。輪胎外徑為70ｍｍ，內(nèi)徑為40ｍｍ。最終通過(guò)FDM的3Ｄ打印技術(shù)一體化直接打印成型。

第三代非充氣輪胎FDM技術(shù)打印成型時(shí)3Ｄ打印參數(shù)的設(shè)置。對(duì)比第一代和第二代非充氣輪胎的3Ｄ打印參數(shù)設(shè)置，可以發(fā)現(xiàn)第三代非充氣輪胎打印成型過(guò)程中降低了3Ｄ打印速度，這是因?yàn)榈谌浅錃廨喬ピ趦?nèi)壁處增加了一個(gè)底部懸空的輪框結(jié)構(gòu)，從而在自下而上的3Ｄ過(guò)程中需要在輪框結(jié)構(gòu)處先3Ｄ打印一個(gè)支撐。支撐的存在會(huì)嚴(yán)重影響輪框結(jié)構(gòu)處的打印精度和打印成功率，同時(shí)支撐在第三代非充氣輪胎3Ｄ打印成型后需要去除，這又將影響輪框結(jié)構(gòu)處的表面光滑度。所以為了保證第三代非充氣輪胎最終3Ｄ打印成型制品整體結(jié)構(gòu)的精度和完整性，降低了3Ｄ打印速度。

3Ｄ打印成型的第三代非充氣輪胎。第三代非充氣輪胎打印時(shí)間是40天，采用一體化直接3Ｄ打印成型。最終成型第三代非充氣輪胎表面光滑，整體結(jié)構(gòu)3Ｄ打印精度髙。同時(shí)對(duì)于輪框結(jié)構(gòu)處的3Ｄ打印成型，支撐結(jié)構(gòu)的添加很好的保證了其3Ｄ打印精度。而且輪框上的小孔大小均一、結(jié)構(gòu)清晰，保證了后期汽車(chē)輪輞結(jié)構(gòu)的安裝。

輪輞安裝后的非充氣輪胎的整體結(jié)構(gòu)。最終打印成型的第三代非充氣輪胎與輪輞匹配度高，同時(shí)由于輪框上均勻分布的小孔，其3Ｄ打印成型精度高，保證了輪輞安裝的牢固性。

輪輞安裝完成后，對(duì)3Ｄ打印成型的第三代非充氣輪胎進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，主要測(cè)試了其三向剛度，包括徑向剛度、側(cè)向剛度、縱向剛度，第三代非充氣輪胎三向剛度測(cè)試過(guò)程圖。

通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果，研究了第三代非充氣輪胎的整體性能。第三代非充氣輪胎的三向剛度測(cè)試曲線。圖中100％屬性仿真值、60％屬性仿真值、50％屬性仿真值所對(duì)應(yīng)的曲線，分別為第三代非充氣輪胎3Ｄ打印成型時(shí)所用TPU材料性能的100%、60％、50％進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真時(shí)所得到的剛度曲線。而3Ｄ打印輪胎所對(duì)應(yīng)的曲線為第三代非充氣輪胎3Ｄ打印成型制品在臺(tái)架試驗(yàn)中所測(cè)得的實(shí)際三向剛度曲線。

從各圖中對(duì)比分析可以看出，第三代非充氣輪胎3Ｄ打印成型制品的實(shí)際三向剛度與100％屬性仿真所得的三向剛度相差較大，而50％屬性仿真所得的三向剛度與非充氣輪胎3Ｄ打印成型制品的實(shí)際三向剛度基本吻合。說(shuō)明了采用3Ｄ打印技術(shù)進(jìn)行制品的成型時(shí)會(huì)導(dǎo)致性能存在部分損失。

因此在對(duì)非充氣輪胎的性能模擬過(guò)程中需要適當(dāng)降低材料的性能，從而才能更好的保證計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果與3Ｄ打印非充氣輪胎的實(shí)際性能相一致。

在3000Ｎ的載荷作用下，3Ｄ打印非充氣輪胎的實(shí)際徑向剛度值為462Ｎ／ｍｍ，側(cè)向剛度值為344.4N/mm，縱向剛度值為306.1%N/mm，對(duì)比分析3Ｄ打印第三代非充氣輪胎的實(shí)際三向剛度值，其側(cè)向剛度和縱向剛度較小，徑向剛度較大。

而根據(jù)非充氣輪胎3Ｄ打印成型時(shí)所用ＴＰＵ材料性能的100％進(jìn)行仿真時(shí)所得的三向剛度值分別是徑向剛度值為762.1N/mm，側(cè)向剛度值為437.5N/mm，縱向剛度值為489.2N/mm。

因此可以得出在相同載荷條件下，3Ｄ打印成型的第三代非充氣輪胎實(shí)際徑向剛度為100％屬性仿真值的60.6%，實(shí)際縱向剛度為100％性能仿真值的78.7%，實(shí)際徑向剛度為100％性能仿真值的62.6%，說(shuō)明了采用3Ｄ打印技術(shù)進(jìn)行非充氣輪胎的成型對(duì)其性能損失較大。

當(dāng)使用3Ｄ打印TPU材料性能的60％進(jìn)行仿真時(shí)，所得到的三向剛度仿真值分別是徑向剛度值為560.8N/mm，側(cè)向剛度值為320.1N/mm，縱向剛度值為396.8N/mm。此時(shí)可得到3Ｄ打印非充氣輪胎實(shí)際徑向剛度達(dá)到仿真值的80.3%，實(shí)際側(cè)向剛度為仿真值的107％，實(shí)際縱向剛度為仿真值的77．1％，即通過(guò)降低非充氣輪胎3Ｄ打印成型時(shí)所用TPU材料的性能進(jìn)行仿真，可以增大實(shí)際3Ｄ打印非充氣輪胎的三向剛度與計(jì)算機(jī)仿真值的吻合性。

在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)減低計(jì)算機(jī)仿真時(shí)TPU材料的性能。當(dāng)降低到50％的比例時(shí)，仿真所得到的三向剛度分別是徑向剛度值為473.6N/mm，側(cè)向剛度值為268.2N/mm，縱向剛度值為334.8N/mm。此時(shí)3Ｄ打印非充氣輪胎的實(shí)際三向剛度分別達(dá)到50％屬性仿真所得三向剛度的97.5%、128%、91.4%，因此，當(dāng)采用TPU材料原始性能的50％進(jìn)行模擬仿真時(shí)，可以保證3Ｄ打印非充氣輪胎的實(shí)際三向剛度與計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果相吻合。

綜上所述，說(shuō)明了采用FDM技術(shù)3Ｄ打印成型非充氣輪胎時(shí)，3Ｄ打印的成型方式對(duì)成型制品性能影響較大。同時(shí)在對(duì)非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮由于3Ｄ打印技術(shù)在成型過(guò)程中所導(dǎo)致的制品性能的損失。

在3000Ｎ左右載荷條件下，充氣輪胎的徑向剛度值為198.09N/mm，側(cè)向剛度值為119.08N/mm，縱向剛度值為250.11N/mm。充氣輪胎的三向剛度與非充氣輪胎的三向剛度相差較大，非充氣輪胎在3000Ｎ載荷條件下各向剛度值遠(yuǎn)大于充氣輪胎的各向剛度值。而非充氣輪胎側(cè)向剛度大，有助于提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。

上一篇：3D打印非充氣輪胎研究?jī)?nèi)容與深遠(yuǎn)意義
下一篇：3D打印成型、三向剛度測(cè)試與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究