Решетчатая структура 3D-печати и традиционной промышленности
1. Характеристики структуры решетки и способность поглощать энергию
1) Одним из важнейших свойств решетчатых материалов является способность поглощать энергию, которая характеризуется способностью поглощать или рассеивать механическую энергию при сжатии. Было подтверждено, что большинство решетчатых структур, таких как пирамидальные решетки, трехмерные решетки Кагомэ, тетраэдрические решетки и алмазные решетки, могут достигать очень хороших показателей поглощения энергии путем изменения геометрических параметров, таких как соотношение сторон или размер ячейки единицы.
2) Также было показано, что конструируемые сэндвич-панели с решетчатыми структурами обладают отличными свойствами поглощения энергии. В дополнение к геометрическим параметрам, производительность поглощения энергии также может быть настроена сложными структурами, такими как градиентные структуры, структуры, заполненные металлической пеной, многослойные структуры и различные структуры элементных ячеек, которые, как было показано, более эффективны в поглощении энергии, чем однорешетчатые структуры.
3) Метод улучшения механических свойств или способности поглощения энергии заключается в изменении узловой структуры, соединяющей стойки. При воздействии компрессионных или ударных нагрузок обычно возникает концентрация напряжения. Этот метод относительно прост, но он может улучшить способность поглощения энергии металлической решетчатой структуры
2. Сравнение решетчатой структуры традиционного процесса и 3D-печати
Существует несколько методов изготовления металлических решетчатых конструкций в обычных процессах, включая штамповку, экструзионно-связанную резку проволоки, складывание расширительного листа и инвестиционное литье. В дополнение к литью, эти методы должны использовать методы склеивания или сварки для сборки стоек для формирования решетчатой структуры. Во время обработки соединения часто чувствительны к дефектам, таким как пузырьки и микротрещины, что приводит к ослаблению общих механических свойств решетчатой структуры. Для технологии инвестиционного литья конфигурация электролизера не может быть слишком сложной из-за ограничений самой технологии.
Решетка обладает некоторыми уникальными свойствами, которые очень полезны при проектировании деталей или продуктов, которые практически невозможно воспроизвести с помощью традиционных методов проектирования. Исследования показали, что полизерновые структуры до семи раз прочнее, чем стандартные решетчатые объекты в одном, значительная разница в прочности для перестановки определенных геометрий, которую может достичь только 3D-печать. Было обнаружено, что никакой другой метод изготовления не может произвести эти структуры.
3. Почему стоит выбрать 3D-печатные решетчатые структуры
1) Сокращение использования материалов
Использование решеток в конструкции может значительно уменьшить количество используемого материала, удалив большую часть материала в некритических областях.
2) Легкий вес
Снижение расхода материала снижает вес. Во многих приложениях вес детали или сборки обычно максимально легок. Чем меньше материала, использованного для создания детали, тем ниже цена
3) Поглощение энергии
Решетчатая структура обладает многими свойствами, которые полезны для поглощения энергии. Варьируя плотность различных областей и даже типов клеток, конструкция может эффективно поглощать энергию в разных направлениях. Сложные типы решеток могут быть перенаправлены и лучше распределять энергию в нескольких направлениях для поглощения ударных сил, используя при этом различные свойства современных смол аддитивного производства.
4) Увеличьте площадь поверхности
Некоторые приложения сосредоточены на максимизации площади поверхности, а не на механической прочности. Например, теплопередача или химические реакции могут быть основной целью. Решетчатые структуры полезны здесь, потому что они дают детали больше поверхностей, не увеличивая ее общую площадь.
5) Остеоинтеграция
Это относится к методу создания решетчатых структур в медицинских имплантатах для стимулирования роста костей. Полученный имплантат образует более прочную связь с собственной костной структурой пациента.
4. Тип решетчатой структуры
Все решетки основаны на единичной ячейке. Это повторяющаяся единица, которая повторяется в нескольких направлениях, чтобы сформировать целое. Типы решеток делятся на категории в зависимости от их свойств
1) Решетка TPMS
Решетки минимальной поверхности тройного периода (TPMS) создаются при генерации единичной ячейки с использованием тригонометрических уравнений
2) Решетка стойки
Решетка стоек состоит из взаимосвязанных лучей, соединенных различными узорами, определенными ячейками. Столбы могут быть соединены вершинами, ребрами и гранями элементов куба, и различные комбинации этих точек соединения приводят к различным типам.
3) Плоская решетка
Плоская решетка является простейшим типом решетки и создается, когда 2D-ячейка выдавливается в 3D. Наиболее распространенным типом плоской решетки является сотовая структура.
3D-печать решетчатых конструкций является идеальным решением проблемы. Он имеет точно спроектированную решетчатую структуру, практически неограниченные матричные материалы, оптимизированные свойства и может быть изготовлен с помощью многих технологий промышленного масштаба, что делает их идеальными для использования в автомобильном, медицинском, спортивном оборудовании, теплообменниках, потребительских товарах важных применений.
