Meester roosterstructuren voor 3D-printen: Ontwerp, optimalisatie en generatie

Vanwege de complexiteit van roosterstructuren is het onpraktisch om ze in het onderdeel te modelleren met typische CAD-tools. In de meeste gevallen wordt het onderdeel in CAD getekend alsof het massief was. Vervolgens, nadat het onderdeel ontworpen is (met DFAM-principes in gedachten), wordt het model geïmporteerd in een ander softwarepakket om een roosterstructuur te genereren. Onder de meer gangbare programma's voor dit doel zijn Netfabb of nTopology.

Een andere methode om een 3D-geprinte roosterstructuur te genereren is via generatief ontwerp. In dit geval worden de verbindingspunten van een onderdeel, massabeperkingen en verwachte belasting gedefinieerd. Een algoritme genereert dan honderden oplossingen die aan de eisen voldoen. Daaruit kan de meest optimale roostercelstructuur en celdichtheid geselecteerd worden uit de oplossingen of gegenereerd worden door verdere iteratie. Bij het creëren van een roosterstructuur is het belangrijk om te begrijpen welke factoren de algehele functie van het eindonderdeel zullen beïnvloeden. Deze factoren zijn hieronder vermeld:

• Roostermateriaal: Bij 3D-printen in metaal is de rooster vaak hetzelfde materiaal als het totale onderdeel. Echter, als een flexibele rooster vereist is, dan kunnen multi-materiaal onderdelen overwogen worden. Sommige producten gebruiken zachte flexibele materialen voor de rooster en meer veerkrachtig materiaal als een shell om de rooster te beschermen. Een veelvoorkomend voorbeeld hiervan is een hardloopskoen zool.
• Roosterstructuur: De meest basale 3D-geprinte roosterstructuren hebben herhalende en uniforme patronen door het hele onderdeel. Echter, meer geavanceerde methoden zullen de cel- en balkstructuur variëren om dichter te zijn in gebieden die additionele sterkte nodig hebben en de rooster minder dicht te houden in gebieden die minder belasting ervaren. De individuele vorm van de cellen heeft ook een significant effect op onderdeelprestaties aangezien verschillende structuren verschillende mechanische eigenschappen zullen hebben.
• Celoriëntatie: De oriëntatie van individuele cellen in een 3D-geprinte roosterstructuur kan de complexiteit van de print beïnvloeden. Bijvoorbeeld, het is best practice om de cellen zo te oriënteren dat ze zichzelf kunnen ondersteunen tijdens het printproces zelf zonder de noodzaak voor ondersteuningsstructuren. Het proberen om supports van honderden kleine cellen te verwijderen is niet aanbevolen.