Maximaliseren van impact, geluid en schokabsorptie met 3D-geprinte roosterstructuren

Gepubliceerd op 19 augustus 2021

Roosters zijn 3D-microarchitecturen die zijn samengesteld uit zich herhalende eenheidscellen die worden gevormd door elkaar kruisende balken en knooppunten. In de afgelopen tien jaar zijn ze een hoeksteen geworden van lichtgewicht ontwerp, waarbij ze de sterkte en stijfheid van traditionele componenten bieden, terwijl ze aanzienlijk minder materiaal gebruiken. Naast gewichtsbesparing blinken roosters uit in het absorberen van schokken, het dempen van trillingen en het verminderen van geluid, omdat hun netwerken met lage stijfheid kunnen vervormen en herstellen onder belasting.

Een treffend voorbeeld van hun impact in de echte wereld is de Adidas Futurecraft 4D-tussenzool. In samenwerking met Carbon, wiens Digital Light Synthesis™-technologie een nauwkeurige vervaardiging van roosters mogelijk maakt, heeft Adidas een tussenzool ontwikkeld die veerkracht, flexibiliteit en superieure rebound in evenwicht brengt. Het resultaat is een hoogwaardige schoen die schokken voor atleten minimaliseert en toch een lichtgewicht profiel behoudt.

Productmanagers die roostertechnologie willen inzetten voor trillings- en energiedemping moeten rekening houden met drie sleutelfactoren:materiaalkeuze, roosterontwerp en beperkingen op het gebied van additieve productie.

Rasters begrijpen

Traditionele subtractieve methoden hebben moeite om de ingewikkelde geometrie van roosters te produceren, waardoor 3D-printen de voorkeursmethode is. Additieve productie maakt een 'omgekeerd ontwerp'-benadering mogelijk:het ontwerpen van de optimale materiaalindeling voor een specifieke toepassing in plaats van een bestaand materiaal aan de taak aan te passen.

Materiaalkeuze is van cruciaal belang. EPU 40 biedt bijvoorbeeld superieure trillingsdemping vergeleken met EPU 41, dus het selecteren van een materiaal dat overeenkomt met de gewenste dempingseigenschappen kan de prestaties aanzienlijk verbeteren.

Hoewel materiaal belangrijk is, dicteert de roostergeometrie vaak de dempingseffectiviteit. Buigroosters zijn zeer elastisch en veerkrachtig, terwijl knikroosters ervoor zorgen dat individuele balken kunnen buigen, wat een uitzonderlijke energiedissipatie oplevert. Extra oppervlaktebehandelingen kunnen de demping verder verbeteren.

Op microschaal bepaalt de eenheidscel – het zich herhalende patroon van balken en knooppunten – het gedrag van het rooster. Open, schaarse cellen produceren zachte roosters; dichtere cellen met meer driehoeken en balken leveren stijve structuren op. Het celtype, de grootte, de oriëntatie en de straaldikte in verhouding tot de celgrootte hebben allemaal invloed op de dempingsverhouding van het materiaal en daarmee op de schokabsorptie.

Ontwerpen voor Additive Manufacturing

Succesvolle roosterproductie hangt af van de principes van Design for Additive Manufacturing (DFAM). Ingenieurs moeten ervoor zorgen dat het rooster afdrukbaar is door rekening te houden met het proces, de oriëntatie en de noodzakelijke ondersteuning.

Roosteroriëntatie introduceert anisotropie - eigenschappen verschillen langs verschillende assen. Hoewel dit niet per se een nadeel is, kan het afstemmen van de oriëntatie op de beoogde belastingsrichting (bijvoorbeeld knikgedrag) de prestaties wel optimaliseren.

Wanneer DFAM correct wordt toegepast, komen additief vervaardigde roosteronderdelen vaak overeen met of overtreffen ze de kwaliteit van oudere vervaardigde componenten, waardoor nieuwe mogelijkheden worden ontsloten die voorheen onbereikbaar waren.

SyBridge:innovatie stimuleren in de productie van roosters

Het creëren van effectieve roosterstructuren vereist duidelijke vereisten vooraf, materiaalkeuze in lijn met prestatiedoelstellingen en een nauwgezet architectonisch ontwerp. Door te beginnen met het juiste dempingsmateriaal maximaliseer je de energiedissipatie en impactabsorptie van een onderdeel.

SyBridge combineert geavanceerde technologieën met beproefde methoden om elke productiefase te verbeteren. We werken samen met klanten om ontwerpen te optimaliseren voor zowel prestaties als maakbaarheid, en leveren hoogwaardige componenten op tijd en binnen het budget. Neem contact met ons op vandaag nog om te ontdekken hoe we uw volgende project kunnen helpen.