Mřížková struktura 3D tisku a tradičního průmyslu
1. Charakteristiky příhradové konstrukce a schopnost pohlcovat energii
1) Jednou z nejdůležitějších vlastností mřížových materiálů je schopnost absorbovat energii, která se vyznačuje schopností absorbovat nebo rozptýlit mechanickou energii během komprese. Bylo potvrzeno, že většina mřížkových struktur, jako jsou pyramidové mřížky, trojrozměrné Kagomeovy mřížky, čtyřstěnné mřížky a diamantové mřížky, může dosáhnout velmi dobrého výkonu absorpce energie změnou geometrických parametrů, jako je poměr stran nebo velikost jednotkových buněk.
2) Ukázalo se také, že designovatelné sendvičové panely s příhradovými strukturami mají vynikající vlastnosti absorpce energie. Kromě geometrických parametrů může být výkon absorpce energie také vyladěn složitými strukturami, jako jsou gradientní struktury, struktury naplněné kovovou pěnou, vícevrstvé struktury a různé jednotkové buněčné struktury, které se ukázaly jako účinnější při absorpci energie než struktury s jednou mřížkou.
3) Metodou pro zlepšení mechanických vlastností nebo schopnosti pohlcovat energii je modifikace uzlové struktury spojující vzpěry. Při vystavení kompresnímu nebo rázovému zatížení obvykle dochází ke koncentraci napětí. Tato metoda je poměrně jednoduchá, ale může zlepšit schopnost absorpce energie kovové mřížkové struktury
2. Porovnání příhradové struktury tradičního procesu a 3D tisku
Existuje několik technik pro výrobu kovových příhradových konstrukcí v konvenčních procesech, včetně lisování, řezání drátu s vazbou vytlačováním, skládání expanzních plechů a investičního lití. Kromě odlévání musí tyto techniky používat techniky lepení nebo svařování k sestavení vzpěr tak, aby vytvořily příhradovou strukturu. Během zpracování jsou spoje často citlivé na vady, jako jsou bubliny a mikrotrhliny, což vede k oslabení celkových mechanických vlastností mřížkové struktury. Pro technologii investičního lití nemůže být konfigurace elektrolyzéru příliš komplikovaná kvůli omezením samotné technologie.
Mřížka má některé jedinečné vlastnosti, které jsou velmi užitečné při navrhování dílů nebo výrobků, které je téměř nemožné replikovat tradičními konstrukčními technikami. Studie ukázaly, že polyzrnné struktury jsou až sedmkrát silnější než standardní mřížkové objekty v jednotlivých, což je významný rozdíl pevnosti pro přeskupení určitých geometrií, které může dosáhnout pouze 3D tisk. Bylo zjištěno, že žádná jiná výrobní metoda nemůže tyto struktury vytvořit.
3. Proč zvolit 3D tištěné příhradové struktury
1) Snižte spotřebu materiálu
Použití mřížek v konstrukci může výrazně snížit množství použitého materiálu odstraněním většiny materiálu v nekritických oblastech.
2) Lehký
Snížení spotřeby materiálu snižuje hmotnost. V mnoha aplikacích je hmotnost dílu nebo sestavy obvykle co nejlehčí. čím méně materiálu použitého k vytvoření dílu se rovná nižší ceně
3) Absorpce energie
Mřížková struktura má mnoho vlastností, které jsou prospěšné pro absorpci energie. Změnou hustoty různých oblastí a dokonce i typů buněk může konstrukce účinně absorbovat energii v různých směrech. Komplexní typy mřížek lze přesměrovat a lépe distribuovat energii v několika směrech, aby absorbovaly nárazové síly, a zároveň využít různých vlastností moderních pryskyřic pro aditivní výrobu.
4) Zvětšete plochu povrchu
Některé aplikace se zaměřují spíše na maximalizaci povrchu než na mechanickou pevnost. Primárním cílem může být například přenos tepla nebo chemické reakce. Příhradové konstrukce jsou zde užitečné, protože dávají dílu více povrchů, aniž by se zvýšila jeho celková stopa.
5) Osseointegrace
To se týká metody vytváření mřížkových struktur v lékařských implantátech na podporu růstu kostí. Výsledný implantát vytváří silnější vazbu s vlastní kostní strukturou pacienta.
4. Typ příhradové konstrukce
Mřížka je založena na jednotkové buňce. Jedná se o opakující se jednotku, která se opakuje ve více směrech, aby vytvořila celek. Typy mřížek jsou rozděleny do kategorií na základě jejich vlastností
1) TPMS mřížka
Trojrozměrné mřížky minimální plochy ( TPMS ) se vytvářejí, když je jednotková buňka generována pomocí trigonometrických rovnic
2) Vzpěrová mříž
Mřížka vzpěr se skládá ze vzájemně propojených nosníků, spojených v různých vzorech definovaných buňkami. Sloupy mohou být spojeny vrcholy, hranami a plochami prvků krychle a různé kombinace těchto spojovacích bodů vedou k různým typům.
3) Rovinná mřížka
Rovinná mřížka je nejjednodušší typ mřížky a je vytvořena, když je buňka 2D jednotky vytlačena do 3D. Nejběžnějším typem rovinné mřížky je voštinová struktura.
3D tisk příhradových konstrukcí je ideálním řešením problému. Má přesně navrženou mřížkovou strukturu, prakticky neomezené matricové materiály, optimalizované vlastnosti a může být vyroben mnoha průmyslovými technologiemi, což je ideální pro použití v automobilovém, lékařském, sportovním vybavení, výměnících tepla, spotřebních výrobcích důležitých aplikacích.
