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    北京3d打印公司:3D打印的晶格結構

    作者:武漢易成三維科技有限公司 日期:2022-06-11 點擊:46
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    武漢易成三維是國內領先的3D打印綜合方案供應商,始終專注于制造、教育、科研、軍工等領域,迄今為止已為約600所著名高校、科研院所、約10000個企業機構提供專業的3D打印設備、服務及平臺化數字智造應用方案。

    3D打印最令人印象深刻的特征之一是能夠制造具有復雜內部晶格結構的零件,這在傳統制造技術中是不可能的。圍繞晶格設計零件可以降低其整體質量,而不會顯著影響其整體強度。本文將討論如何利用晶格結構進行3D打印,以便在機械強度和降低成本方面將產品設計提升到一個新的水平。

    什么是用于3D打印的格子結構?

    簡而言之,用于3D打印的晶格結構是連接節點的重復或非重復3維組合。在最簡單的形式中,多個晶格節點通過光束相互連接。在重復3D結構的情況下,梁和節點的集合呈現規則和重復的3D形狀,如立方體或四面體。這些形狀通常稱為單元格。這些單元的形狀和密度將決定零件在施加載荷時的行為。

    3D打印晶格結構通過僅將質量放在結構上需要的地方,從而充分利用了材料和打印機的獨特功能。因此,整體項目比完全堅固時要輕得多。這就是為什么晶格結構在自然界中非常普遍的原因之一。多年來,這一原則只能在鋼結構建筑等大型建筑中實施。然而,隨著3D打印的出現和日益普及,已經有可能創建具有自己的內部晶格結構的更小,更平凡的零件和產品。它既可以提高機械強度,也可以提高美學吸引力。這種方法顯著降低了零件的質量,在航空航天和汽車行業中幾乎無窮無盡的應用,在這些應用中,質量的降低直接轉化為燃油效率的提高。

    生成晶格結構

    由于晶格結構的復雜性,使用典型的CAD工具將它們建模到零件中是不切實際的。在大多數情況下,零件在 CAD 中繪制,就好像它是實體一樣。然后,在設計零件后(考慮到DFAM原則),模型被導入到另一個軟件包中以生成晶格結構。用于此目的的更常見的程序包括Netfabb或nTopology。
    生成3D打印晶格結構的另一種方法是通過創成式設計。在這種情況下,將定義零件的連接點、質量限制和預期載荷。然后,算法生成數百個滿足要求的解決方案。從那里,可以從解決方案中選擇最佳的晶格單元結構和單元密度,也可以通過進一步迭代生成。在創建晶格結構時,重要的是要了解哪些因素會影響最終零件的整體功能。下面列出了這些因素:

    • 晶格材料:在金屬中進行3D打印時,晶格通常與整個零件的材料相同。但是,如果需要柔性晶格,則可以考慮多材料零件。一些產品使用柔軟的柔性材料作為晶格,使用更具彈性的材料作為外殼來保護晶格。一個常見的例子是跑鞋鞋底。
    • 晶格結構:最基本的3D打印晶格結構在整個零件中具有重復和均勻的圖案。然而,更先進的方法將改變電池和梁結構,使其在需要額外強度的區域更致密,并在承受較少載荷的區域保持晶格的密度較低。電池的個體形狀也對零件性能有顯著影響,因為不同的結構將具有不同的機械性能。
    • 單元格方向:3D打印晶格結構中單個細胞的方向會影響打印的復雜性。例如,最佳做法是使細胞定向,使它們能夠在打印過程中支撐自己,而無需支撐結構。不建議嘗試從數百個小細胞中移除支撐。

    晶格結構的優勢

    用于3D打印的晶格結構具有廣泛的優勢。下面列出了一些最重要的。

    • 降低零件成本:根據材料的不同,3D打印可能是一個昂貴的過程。對于航空航天工業中常見的鈦或鉻鎳鐵合金等材料尤其如此。晶格結構的引入意味著將使用更少的材料,從而使零件整體更便宜,而不會犧牲結構完整性。
    • 改進的強度重量比:如果按照公認的DFAM(增材制造設計)原則進行設計,則具有晶格結構的零件可以具有無與倫比的強度重量比。這使得它們成為汽車和航空航天應用(以及其他應用)的理想選擇,在這些應用中,最小化質量至關重要。
    • 減震:晶格結構在耗散沖擊和沖擊載荷方面非常高效,因為單元配置有助于整個結構彎曲和釋放能量。一些輕質晶格可以有效地阻擋子彈。
    • 增加表面積:一些應用側重于最大化表面積而不是機械強度。例如,傳熱或化學反應可能是主要目標。晶格結構在這里很有用,因為它們在不增加其整體占地面積的情況下為零件提供了更多的表面。
    • 骨整合:這是指在促進骨骼生長的醫療植入物中創建晶格結構的方法。由此產生的植入物與患者自身的骨骼結構形成更強的結合。

    晶格結構是否值得額外的復雜性?

    通常,用于3D打印的晶格結構使工程師能夠突破材料科學的極限,同時減少整體零件質量。萊迪思結構最近才開始從先進的航空航天應用轉向更常見的消費類產品,這要歸功于3D打印機的日益普及和材料成本的降低。這種設計風格之所以存在,僅僅是因為格子是如此高效。明智的做法是學習如何將它們整合到您的設計中,以利用它們的優勢。要了解有關您的零件如何從晶格結構中受益的更多信息,請立即聯系武漢易成三維科技

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