Hoe 3D-geprinte roosterstructuren onderdelen kunnen verbeteren

3D-geprinte roosterstructuren zijn een van de grootste verkoopargumenten van additive manufacturing. Ze zijn gemakkelijk te vervaardigen met behulp van het unieke proces van 3D-printen, en het gebruik ervan heeft veel praktische voordelen.

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

Belangrijk is dat roosterstructuren kunnen worden vervaardigd op elke professionele 3D-printer. En wat nog belangrijker is, deze structuren kunnen niet adequaat worden geproduceerd met behulp van een andere productietechnologie. Subtractieve technologieën kunnen de binnenkant van een onderdeel niet snijden zonder door de buitenkant te snijden, terwijl mallen gewoon "opgevuld" worden met vloeibaar materiaal - je kunt niet kiezen hoe dat vloeibare materiaal op zijn plaats valt zoals je kunt met een 3D-printer.

Dit artikel bekijkt hoe 3D-geprinte roosterstructuren worden gemaakt en waarom ze zo nuttig worden in plaatsen zoals de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Hoe maak je een 3D-geprint rooster?

Traliewerkconstructies zijn overal te zien op plaatsen zoals bruggen en houten huizen. De Eiffeltoren is misschien wel 's werelds beroemdste voorbeeld van een vakwerk- of vakwerkconstructie, waarbij de overlappende balken een stabiele maar grotendeels holle constructie vormen.

Het is mogelijk om zo'n structuur te repliceren in een 3D-geprint onderdeel. En het is over het algemeen niet nodig om het roosterraamwerk handmatig te ontwerpen:er bestaan ​​verschillende roostergeneratietools die automatisch roosterpatronen genereren op basis van door de gebruiker gekozen parameters. In de handel verkrijgbare tools zijn onder meer topologie, Autodesk Within en Meshify.

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

Celstructuur

Cellen zijn de afzonderlijke eenheden waaruit een roosterstructuur bestaat. Deze zijn meestal herkenbaar als geometrische vormen zoals kubussen, sterren, zeshoeken, achthoeken, enz., hoewel meerdere vormen kunnen worden gecombineerd voor specifieke mechanische toepassingen. Soms zijn de cellen helemaal niet-uniform, zonder waarneembaar patroon.

Uiteindelijk beïnvloedt de celstructuur - zowel de vorm als de grootte - hoe een onderdeel zich zal gedragen in termen van sterkte, gewicht, elasticiteit en andere factoren.

Celoriëntatie

Beslissen over de structuur en grootte van de cel is slechts het halve verhaal. De vormen binnen een rooster kunnen op verschillende manieren worden georiënteerd, wat ook van invloed is op de uiteindelijke prestaties van het onderdeel. Oriëntatie moet ook worden bepaald door drukbeperkingen:bepaalde oriëntaties zullen bijvoorbeeld meer ondersteuningsstructuren vereisen.

Lattice materiaal

Niet alle materialen zijn in staat om alle roosterstructuren te printen. Zachte en elastische materialen mogen over het algemeen niet worden bedrukt met grote celstructuren, omdat de grote poreuze delen het onderdeel kunnen doen doorzakken. In de meeste gevallen is het roostermateriaal hetzelfde als de schaal of het externe materiaal, maar multi-extruderprinters bieden in dit opzicht enige flexibiliteit.

Wat zijn de voordelen van een 3D-geprint rooster?

Door roosterstructuren op te nemen in 3D-geprinte onderdelen, kunnen ingenieurs profiteren van voordelen zoals gewichtsvermindering, verbeterde onderdeelsterkte en schokabsorptie.

Gewichtsvermindering is misschien wel de belangrijkste van die voordelen en de belangrijkste reden waarom ingenieurs hun geprinte structuren zo graag willen optimaliseren met interne geometrieën met patronen. Een belangrijk kenmerk van roosterstructuren is hun gedeeltelijke holheid:cellen bevatten lege ruimte, dus apart met een intern roosterpatroon bevat minder algemeen materiaal dan een gelijkwaardig onderdeel met vaste vulling.

Minder materiaal in het algemeen betekent minder massa, wat een enorm voordeel is voor AM-gebruikers in industrieën zoals de auto- en ruimtevaartindustrie, waar het afschaven van slechts een paar gram een ​​enorm verschil kan maken voor de prestaties van onderdelen. In feite vinden enkele van de meest opwindende roosteronderzoeken plaats in de ruimtevaart, waar bedrijven zoals Boeing superlichtgewicht geavanceerde roostermaterialen hebben ontwikkeld.

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

Maar het hele punt van roosterstructuren is om de massa te verminderen zonder de integriteit van het onderdeel in gevaar te brengen. Terwijl het porren van willekeurige gaten in een onderdeel het brozer kan maken en meer kans heeft om te breken, zijn 3D-geprinte roosterstructuren ontworpen om het materiaal op de meest structureel effectieve manier te gebruiken, zodat de holle secties geen kwetsbaarheden zijn, maar sterke punten op zich. /P>

Gedeeltelijk holle delen met roosterstructuren kunnen zelfs sterker zijn dan hun massieve equivalenten, omdat de lege ruimtes in een rooster dienen om de schokabsorptie te verbeteren en de impactbelasting te verminderen. Onderdelen met grootcellige roosterstructuren kunnen zeer flexibel en elastisch zijn, waardoor broosheid en kans op breuk worden verminderd.

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

Voordelen van 3D-geprinte roosters samenvatting:

• Lichtgewicht
• Minder materiaalgebruik
• Sterk
• Schokabsorberend
• Esthetiek

Kunnen CNC-machines roosterstructuren maken?

Kortom, nee. CNC-machines en andere subtractieve productietechnologieën kunnen geen 3D-roosterstructuren maken omdat ze snijgereedschappen gebruiken om materiaal van een massief blok te verwijderen. Een CNC-machine zou de holle delen van de eerste rij roostercellen kunnen wegsnijden, maar het snijgereedschap zou dan op een dood spoor lopen. Het kan de volgende rij holle delen niet snijden omdat de massieve delen in de weg zitten.

Een 3D-printer heeft dit probleem niet omdat hij onderdelen in plakjes of doorsneden fabriceert en ze vanuit het niets opbouwt in plaats van ze uit een massief blok te knippen. Additive manufacturing is daarom verre van de beste fabricagetechnologie voor het maken van roosterstructuren.

Houd er echter rekening mee dat CNC-machines effectief 2D-roosterstructuren zoals roosters kunnen creëren, en deze specifieke CNC-gefreesde roosters kunnen in feite sterker 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 in het commerciële spectrum voortdurend op zoek zijn naar manieren om onderdelen lichter te maken en te versterken.

Gewichtsvermindering is vooral belangrijk in de luchtvaart en automobiel industrieën, aangezien zware onderdelen over het algemeen de voertuigsnelheid verlagen en leiden tot een hoger brandstofverbruik. Lichtgewicht onderdelen zijn daarom veel wenselijker.

Gezien het feit dat truss-structuren al honderden jaren in de architectuur bestaan, is het geen verrassing dat geminiaturiseerde versies van roosters ook populair worden in de hedendaagse architectuur landschap. En omdat roosterstructuren nauwkeurig kunnen worden ontworpen, hebben onderzoekers zelfs manieren gevonden om 3D-patronen te creëren die ruis verminderen, waardoor de isolatiematerialen voor gebouwen mogelijk worden verbeterd.

3D-geprinte roosters zijn ook te vinden in kleding en schoeisel , met bedrijven als Adidas die 3D-geprinte elastomeerroosters gebruiken voor tussenzolen van sneakers. Deze roosters zorgen voor een lichtgewicht kussen met een enorme hoeveelheid veerkracht - veel beter en wetenschappelijk verantwoorder dan de alomtegenwoordige "luchtbellen" van de jaren negentig.

3D-geprinte roosters met 3ERP

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

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

Neem contact op voor een snelle offerte.