Гратчаста структура 3D-друку та традиційної промисловості
1. Характеристики структури решітки та поглинання енергії
1) Однією з найважливіших властивостей граткових матеріалів є здатність до поглинання енергії, яка характеризується здатністю поглинати або розсіювати механічну енергію під час стиску. Було підтверджено, що більшість ґратчастих структур, таких як пірамідні решітки, тривимірні решітки Кагоме, тетраедричні решітки та алмазні решітки, можуть досягти дуже хороших показників поглинання енергії шляхом зміни геометричних параметрів, таких як співвідношення сторін або розмір елементарної комірки. .
2) Було також показано, що сендвіч-панелі, призначені для дизайну, з решітчастою структурою мають чудові властивості поглинання енергії. На додаток до геометричних параметрів, показники поглинання енергії також можуть бути налаштовані за допомогою складних структур, таких як градієнтні структури, конструкції з металевою піною, багатошарові структури та різні структури елементарної комірки, які, як було показано, є більш ефективними щодо поглинання енергії, ніж одинарні решітки. структури ефективні.
3) Спосіб поліпшення механічних властивостей або здатності поглинання енергії полягає у зміні вузлової структури, що з'єднує стійки. Під час дії стискаючих або ударних навантажень зазвичай виникає концентрація напружень. Цей метод відносно простий, але він може покращити здатність поглинання енергії металевою решітчастою структурою
2. Порівняння ґратчастої структури традиційного процесу та 3D-друку
Існує кілька методів виготовлення металевих решітчастих конструкцій у звичайних процесах, зокрема штампування, екструзійне{0}}різання скріпленого дроту, згинання розширювальних листів та лиття під заливку. На додаток до лиття, ці методи повинні використовувати методи склеювання або зварювання для збирання розпірок для формування ґратчастої конструкції. Під час обробки місця з’єднання часто чутливі до дефектів, таких як бульбашки і мікротріщини, що призводить до ослаблення загальних механічних властивостей ґратчастої структури. Для технології лиття під заливку конфігурація електролізера не може бути надто складною через обмеження самої технології.
Решітка має деякі унікальні властивості, які дуже корисні при розробці деталей або виробів, які майже неможливо повторити за допомогою традиційних методів проектування. Дослідження показали, що полізернисті структури до семи разів міцніші за стандартні ґратчасті об’єкти в одиниці, що має значну різницю в міцності для зміни певної геометрії, якої може досягти лише 3D-друк. Було виявлено, що жоден інший метод виготовлення не може створити ці структури.
3. Чому варто вибрати 3D-друковані гратчасті конструкції
1) Зменшити використання матеріалів
Використання решіток у дизайні може значно зменшити кількість використовуваного матеріалу, видаляючи більшу частину матеріалу в не-критичних областях.
2) Легкий
Зменшення використання матеріалу знижує вагу. У багатьох випадках вага деталі або вузла зазвичай є якомога меншою. чим менше матеріалу використано для створення деталі, тим нижча ціна
3) Поглинання енергії
Структура гратки має багато властивостей, які сприятливо поглинають енергію. Змінюючи щільність різних областей і навіть типів клітин, конструкція може ефективно поглинати енергію в різних напрямках. Складні типи решіток можна перенаправляти та краще розподіляти енергію в кількох напрямках, щоб поглинути силу удару, використовуючи переваги різноманітних властивостей сучасних смол для виробництва добавок.
4) Increase the surface area
Деякі програми зосереджені на максимізації площі поверхні, а не на механічній міцності. Наприклад, теплопередача або хімічні реакції можуть бути основною метою. Решіткові структури тут корисні, оскільки вони надають деталі більше поверхонь, не збільшуючи її загальну площу.
5) Осеоінтеграція
This refers to a method of creating lattice structures in medical implants to promote bone growth. The resulting implant forms a stronger bond with the patient's own bone structure.
4. Тип ґратчастої структури
Усі решітки засновані на елементарній комірці. Це повторюваний блок, який повторюється в кількох напрямках, щоб утворити ціле. Типи решітки поділяються на категорії на основі їхніх властивостей
1) решітка TPMS
Решітки мінімальної поверхні потрійного періоду (TPMS) створюються, коли елементарна комірка створюється за допомогою тригонометричних рівнянь
2) Розпірна решітка
Решітка розпірок складається із з’єднаних між собою балок, з’єднаних за різними візерунками, визначеними осередками. Стовпи можуть бути з’єднані вершинами, ребрами та гранями елементів куба, а різні комбінації цих точок з’єднання призводять до різних типів.
3) Площина решітка
Плоска решітка є найпростішим типом решітки і створюється, коли 2D елементарна комірка видавлюється в 3D. Найпоширенішим типом планарної решітки є стільникова структура.
3D-друк решітчастих конструкцій є ідеальним рішенням проблеми. Він має точно розроблену структуру решітки, практично необмежену кількість матеріалів матриці, оптимізовані властивості та може бути виготовлений за допомогою багатьох промислових-технологій, що робить їх ідеальними для використання в автомобільному, медичному, спортивному обладнанні, теплообмінниках, споживчих товарах. додатків.
