?3D打印令人印象深刻的特點(diǎn)之一是能夠制造具有復雜內部晶格結構的零件，這在傳統制造技術(shù)中是不可能的。圍繞晶格設計零件會(huì )減少其總質(zhì)量，而不會(huì )顯著(zhù)影響其總強度。3D打印公司講一下本文將討論如何利用網(wǎng)格結構進(jìn)行3D打印，以便在機械強度和成本降低方面將產(chǎn)品設計提升到新的水平。
單地說(shuō)，3D打印的晶格結構是連接節點(diǎn)的重復或不重復的3維集合。在其最簡(jiǎn)單的形式中，多個(gè)晶格節點(diǎn)通過(guò)梁相互連接。在重復3維結構的情況下，梁和節點(diǎn)的集合采用規則和重復的3維形狀，如立方體或四面體。這些形狀通常被稱(chēng)為單元格。這些單元的形狀和密度將決定部件在施加載荷時(shí)的行為方式。 

3D打印晶格結構通過(guò)僅在結構上需要的地方放置質(zhì)量，使材料和打印機的獨特功能得到最佳利用。因此，整體項目比完全實(shí)心的項目要輕得多。這就是為什么晶格結構在自然界中非常普遍的原因之一。多年來(lái)，這一原則只能在大型建筑（如鋼結構建筑）上實(shí)施。

然而，隨著(zhù)3D打印技術(shù)的出現和日益普及，創(chuàng )建具有內部晶格結構的更小、更普通的零件和產(chǎn)品已成為可能。它既可以用于機械強度，也可以用于美觀(guān)。這種方法大大降低了零件的質(zhì)量。

生成晶格結構

由于晶格結構的復雜性，使用典型的CAD工具將其建模到零件中是不切實(shí)際的。在大多數情況下，零件在CAD中繪制時(shí)就像是實(shí)體一樣。然后，在零件設計完成后（考慮DFAM原則），將模型導入另一個(gè)軟件包以生成晶格結構。這方面比較常見(jiàn)的程序有Netfabb或nTopology。

生成3D打印晶格結構的另一種方法是通過(guò)衍生式設計。在這種情況下，將定義零件的連接點(diǎn)、質(zhì)量限制和預期載荷。然后，一個(gè)算法生成數百個(gè)滿(mǎn)足要求的解決方案。由此，可以從解決方案中選擇最優(yōu)化的晶格單元結構和單元密度，或者通過(guò)進(jìn)一步迭代生成。創(chuàng )建晶格結構時(shí)，了解哪些因素會(huì )影響最終零件的整體功能非常重要。這些因素如下：

1. 晶格材質(zhì)：在金屬中進(jìn)行3D打印時(shí)，晶格通常與整個(gè)零件的材質(zhì)相同。但是，如果需要柔性晶格，則可以考慮多材料零件。一些產(chǎn)品使用柔軟的柔性材料作為晶格，使用更具彈性的材料作為外殼來(lái)保護晶格。一個(gè)常見(jiàn)的例子是跑步鞋底。

2. 晶格結構：最基本的3D打印晶格結構在整個(gè)零件上具有重復和均勻的圖案。然而，更先進(jìn)的方法將改變單元和梁結構，使其在需要額外強度的區域更密集，并在承受較少荷載的區域保持晶格密度較低。由于不同的結構將具有不同的機械性能，因此單元的單個(gè)形狀對零件性能也有顯著(zhù)影響。

3. 單元方向：3D打印晶格結構中單個(gè)單元的方向會(huì )影響打印的復雜性。例如，最佳實(shí)踐是以這樣一種方式定位單元，即它們可以在打印過(guò)程中自身支撐，而無(wú)需支撐結構。不建議嘗試移除數百個(gè)小型蜂窩中移除支撐。

晶格結構的好處

用于3D打印的晶格結構提供了廣泛的好處。下面列出了一些最重要的問(wèn)題。

1. 降低零件成本：取決于材料，3D打印可能是一個(gè)昂貴的過(guò)程。在航空航天工業(yè)中常見(jiàn)的鈦或鉻鎳鐵合金材料尤其如此。晶格結構的引入意味著(zhù)將使用更少的材料，從而在不犧牲結構完整性的情況下使零件整體更便宜。

2. 改進(jìn)的強度重量比：如果根據公認的DFAM（增材制造設計）原則進(jìn)行設計，則具有晶格結構的零件可以具有無(wú)與倫比的強度重量比。這使其成為汽車(chē)和航空航天應用（以及其他應用）的理想選擇，在這些應用中，質(zhì)量最小化至關(guān)重要。

3. 減震：晶格結構在消散沖擊和沖擊載荷方面非常有效，因為單元結構有助于整個(gè)結構的彎曲和能量分配。

4. 增加表面積：一些應用側重于最大化表面積，而不是機械強度。例如，傳熱或化學(xué)反應可能是主要目標。晶格結構在這里很有用，因為它們?yōu)榱慵峁┝烁嗟那?，而不?huì )增加其總體占地面積。

5. 骨整合：這是指在醫用植入物中創(chuàng )建晶格結構以促進(jìn)骨生長(cháng)的方法。由此產(chǎn)生的植入物與患者自身的骨骼結構形成更牢固的結合。

一般來(lái)說(shuō)，3D打印的晶格結構允許工程師在降低整體零件質(zhì)量的同時(shí)，突破材料科學(xué)的極限。由于3D打印機的日益普及和材料成本的降低，晶格結構最近才開(kāi)始從先進(jìn)的航空航天應用轉向更常見(jiàn)的消費品。這種設計風(fēng)格之所以能保持下去，僅僅是因為晶格非常高效。

明智的做法是學(xué)習如何將它們整合到您的設計中，以充分利用它們的優(yōu)勢。要了解更多有關(guān)零件如何從晶格結構中獲益的信息，請立即聯(lián)系速加。