Onderdelen Verbeteren met 3D-Geprinte Roosterstructuren

3D-geprinte roosterstructuren zijn een van de grootste verkoopargumenten van additieve fabricage. Ze zijn eenvoudig te fabriceren met het unieke proces van 3D-printen, en er zijn veel praktische voordelen aan hun gebruik.

Roosterstructuren zijn essentieel vulpatronen — manieren om de interne geometrie van een 3D-geprint onderdeel te structureren. In plaats van een massief blok plastic of metaal te 3D-printen, kunnen ingenieurs overlappende, in elkaar grijpende patronen gebruiken die deels hol zijn. Wanneer deze roosters correct ontworpen zijn, kunnen ze de mechanische eigenschappen van een onderdeel aanzienlijk verbeteren, waardoor het lichter en sterker wordt.

Belangrijk is dat roosterstructuren op elke professionele 3D-printer gefabriceerd kunnen worden. En nog belangrijker: deze structuren kunnen niet adequaat geproduceerd worden met een andere productietechnologie. Subtractieve technologieën kunnen het binnenste van een onderdeel niet snijden zonder door de buitenkant te snijden, terwijl gietvormen simpelweg "opgevuld" worden met vloeibaar materiaal — je kunt niet kiezen hoe dat vloeibare materiaal in plaats valt zoals je kunt met een 3D-printer.

In dit artikel bekijken we hoe 3D-geprinte roosterstructuren gemaakt worden, en waarom ze zo nuttig worden in sectoren als de luchtvaartindustrie.

Hoe Maak Je een 3D-Geprint Rooster?

Roosterstructuren zijn overal te zien in plekken zoals bruggen en houten huizen. De Eiffeltoren is misschien wel 's werelds beroemdste voorbeeld van een rooster- of traagstructuur, met zijn overlappende balken die een stabiele maar grotendeels holle structuur vormen.

Het is mogelijk om zo'n structuur in een 3D-geprint onderdeel te repliceren. En het is doorgaans niet nodig om het roosterframework handmatig te ontwerpen: er bestaan diverse roostergeneratietools die automatisch roosterpatronen genereren op basis van parameters gekozen door de gebruiker. Commercieel beschikbare tools omvatten topology, Autodesk Within, en Meshify.

Maar niet alle roosters zijn hetzelfde. In feite variëren roosterstructuren op veel manieren, met de belangrijkste variaties hieronder beschreven.

Celstructuur

Cellen zijn de individuele eenheden die een roosterstructuur opbouwen. Deze zijn meestal herkenbaar als geometrische vormen zoals kubussen, sterren, zeshoeken, achthoeken, etc., hoewel meerdere gecombineerd kunnen worden voor specifieke mechanische toepassingen. Soms zijn de cellen volledig niet-uniform, zonder herkenbaar patroon.

Uiteindelijk beïnvloedt de celstructuur — zowel zijn vorm als grootte — hoe een onderdeel zich gedraagt in termen van sterkte, gewicht, elasticiteit en andere factoren.

Celoriëntatie

Beslissen over de structuur en grootte van de cel is maar half het verhaal. De vormen binnen een rooster kunnen in verschillende oriëntaties geplaatst worden, wat ook de uiteindelijke prestaties van het onderdeel beïnvloedt. Oriëntatie moet ook bepaald worden door printbeperkingen: bepaalde oriëntaties zullen meer ondersteuningsstructuren vereisen, bijvoorbeeld.

Rooster Materiaal

Niet alle materialen zijn in staat om alle roosterstructuren te printen. Zachte en elastische materialen zouden doorgaans niet met grote celstructuren geprint moeten worden, aangezien de grote poreuze secties het onderdeel kunnen laten zakken. In de meeste gevallen zal het roostermateriaal hetzelfde zijn als het schil of externe materiaal, maar multi-extruder printers bieden wat flexibiliteit in dit opzicht.

Wat Zijn de Voordelen van een 3D-Geprint Rooster?

Door roosterstructuren in 3D-geprinte onderdelen te incorporeren, kunnen ingenieurs voordelen oogsten als gewichtsreductie, verbeterde onderdeelsterkte en schokdemping.

Gewichtsreductie is misschien wel het belangrijkste van die voordelen en de hoofredenen waarom ingenieurs zo ergerlijk zijn om hun geprinte structuren te optimaliseren met gepatroneerde interne geometrieën. Een kenmerk van roosterstructuren is hun deels holle aard: cellen bevatten lege ruimte, dus een onderdeel met een intern roosterpatroon bevat minder totaal materiaal dan een equivalent onderdeel met massieve vul.

Minder totaal materiaal betekent minder massa, wat een enorm voordeel is voor AM-gebruikers in industrieën als automotive en luchtvaart, waar het afschaven van slechts een paar gram een groot verschil kan maken voor de onderdeelprestaties. Feitelijk vindt een deel van het meest opwindende roosteronderzoek plaats in de luchtvaart, waar bedrijven als Boeing superlichte geavanceerde roostermaterialen hebben ontwikkeld.

Minder materiaal betekent ook minder uitgaven. Door onderdelen met roosterstructuren te creëren, kunnen ingenieurs superieure onderdelen maken die eigenlijk minder kosten dan inferieure.

Maar het hele punt van roosterstructuren is om massa te verlagen zonder de integriteit van het onderdeel in gevaar te brengen. Terwijl willekeurige gaten in een onderdeel boren het kwetsbaarder kan maken en de kans op breuk vergroten, zijn 3D-geprinte roosterstructuren ontworpen om het materiaal op de meest structureel effectieve manier te gebruiken, zodat de holle secties geen kwetsbaarheden zijn, maar sterktes op zich.

Deels holle onderdelen met roosterstructuren kunnen eigenlijk sterker zijn dan hun massieve equivalenten, omdat de lege ruimtes in een rooster dienen om schokdemping te verbeteren en impactspanning te verminderen. Onderdelen met grote-cel roosterstructuren kunnen zeer flexibel en elastisch zijn, wat broosheid en breukkans vermindert.

Minder belangrijk maar nog steeds opvallend zijn de esthetiek van roosters. Deze complexe patronen zijn een van de meest indrukwekkende vormen die ingenieurs met een 3D-printer kunnen maken, dus onderdelen met geprinte roosters zijn vaak even visueel boeiend als ze praktisch zijn.

Samenvatting voordelen van 3D-geprinte roosters:

• Lichtgewicht
• Minder materiaalgebruik
• Sterk
• Schokdempend
• Esthetisch

Kunnen CNC-Machines Roosterstructuren Maken?

Kortom: nee. CNC-machines en andere subtractieve productietechnologieën kunnen geen 3D-roosterstructuren maken omdat ze freesgereedschappen gebruiken om materiaal van een massief blok te verwijderen. Een CNC-machine zou de holle secties van de eerste rij roostercellen kunnen wegfrezen, maar het freesgereedschap zou dan een doodlopende straat tegenkomen. Het kan de volgende rij holle secties niet frezen omdat de massieve secties in de weg zitten.

Een 3D-printer ondervindt dit probleem niet omdat het onderdelen in plakken of dwarsdoorsnedes fabriceert, ze opbouwt uit niets in plaats van ze af te snijden van een massief blok. Additieve fabricage is daarver veel en zeker de beste productietechnologie voor het creëren van roosterstructuren.

Let op dat CNC-machines wel effectief 2D-roosterstructuren zoals roosters kunnen maken, en deze specifieke CNC-gefreeste roosters in feite sterker kunnen zijn dan 3D-geprinte roosters.

Wat Zijn de Praktische Toepassingen van 3D-Geprinte Roosters?

3D-geprinte roosterstructuren hebben al toepassingen in veel industrieën, aangezien ingenieurs en productontwerpers door het commerciële spectrum constant op zoek zijn naar manieren om onderdelen lichter en sterker te maken.

Gewichtsreductie is vooral belangrijk in de luchtvaart en automotive industrieën, aangezien zware onderdelen doorgaans de voertuigsnelheid verlagen en leiden tot hoger brandstofverbruik. Lichtgewicht onderdelen zijn daarver veel gewenster.

Gegeven dat traagstructuren al honderden jaren in de architectuur bestaan, is het geen verrassing dat geminiatureerde versies van roosters ook populair worden in het huidige architectuur landschap. En omdat roosterstructuren precies geëngineerd kunnen zijn, hebben onderzoekers zelfs manieren gevonden om 3D-patronen te creëren die geluid verminderen, wat isolatiematerialen voor gebouwen kan verbeteren.

3D-geprinte roosters vind je ook in kleding en schoeisel, met bedrijven als Adidas die 3D-geprinte elastomere roosters gebruiken voor sneaker zoolvoeringen. Deze roosters bieden een lichtgewicht kussen met een enorme weerstand — veel beter en wetenschappelijk beter onderbouwd dan de alomtegenwoordige "luchtbellen" uit de jaren 90.

3D-Geprinte Roosters met 3ERP

3ERP is een ervaren leverancier van 3D-geprinte onderdelen en prototypes, en we zijn in staat om hoogwaardige roosteronderdelen te produceren voor diverse toepassingen.

Onze additieve fabricageservices omvatten FDM, SLA, SLS en SLM, die allemaal gebruikt kunnen worden om complexe interne geometrieën te creëren.

Neem contact op voor een snelle offerte.