?3D打印令人印象深刻的特點之一是能夠制造具有復雜內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的零件，這在傳統(tǒng)制造技術(shù)中是不可能的。圍繞晶格設(shè)計零件會減少其總質(zhì)量，而不會顯著影響其總強度。3D打印公司講一下本文將討論如何利用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行3D打印，以便在機械強度和成本降低方面將產(chǎn)品設(shè)計提升到新的水平。
單地說，3D打印的晶格結(jié)構(gòu)是連接節(jié)點的重復或不重復的3維集合。在其最簡單的形式中，多個晶格節(jié)點通過梁相互連接。在重復3維結(jié)構(gòu)的情況下，梁和節(jié)點的集合采用規(guī)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的行為方式。 

3D打印晶格結(jié)構(gòu)通過僅在結(jié)構(gòu)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，整體項目比完全實心的項目要輕得多。這就是為什么晶格結(jié)構(gòu)在自然界中非常普遍的原因之一。多年來，這一原則只能在大型建筑（如鋼結(jié)構(gòu)建筑）上實施。

然而，隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和日益普及，創(chuàng)建具有內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)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。這種方法大大降低了零件的質(zhì)量。

生成晶格結(jié)構(gòu)

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

生成3D打印晶格結(jié)構(gòu)的另一種方法是通過衍生式設(shè)計。在這種情況下，將定義零件的連接點、質(zhì)量限制和預期載荷。然后，一個算法生成數(shù)百個滿足要求的解決方案。由此，可以從解決方案中選擇最優(yōu)化的晶格單元結(jié)構(gòu)和單元密度，或者通過進一步迭代生成。創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)時，了解哪些因素會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)：在金屬中進行3D打印時，晶格通常與整個零件的材質(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保護晶格。一個常見的例子是跑步鞋底。

2. 晶格結(jié)構(gòu)：最基本的3D打印晶格結(jié)構(gòu)在整個零件上具有重復和均勻的圖案。然而，更先進的方法將改變單元和梁結(jié)構(gòu)，使其在需要額外強度的區(qū)域更密集，并在承受較少荷載的區(qū)域保持晶格密度較低。由于不同的結(jié)構(gòu)將具有不同的機械性能，因此單元的單個形狀對零件性能也有顯著影響。

3. 單元方向：3D打印晶格結(jié)構(gòu)中單個單元的方向會影響打印的復雜性。例如，最佳實踐是以這樣一種方式定位單元，即它們可以在打印過程中自身支撐，而無需支撐結(jié)構(gòu)。不建議嘗試移除數(shù)百個小型蜂窩中移除支撐。

晶格結(jié)構(gòu)的好處

用于3D打印的晶格結(jié)構(gòu)提供了廣泛的好處。下面列出了一些最重要的問題。

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

2. 改進的強度重量比：如果根據(jù)公認的DFAM（增材制造設(shè)計）原則進行設(shè)計，則具有晶格結(jié)構(gòu)的零件可以具有無與倫比的強度重量比。這使其成為汽車和航空航天應用（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(jié)構(gòu)在消散沖擊和沖擊載荷方面非常有效，因為單元結(jié)構(gòu)有助于整個結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配。

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

5. 骨整合：這是指在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)以促進骨生長的方法。由此產(chǎn)生的植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合。

一般來說，3D打印的晶格結(jié)構(gòu)允許工程師在降低整體零件質(zhì)量的同時，突破材料科學的極限。由于3D打印機的日益普及和材料成本的降低，晶格結(jié)構(gòu)最近才開始從先進的航空航天應用轉(zhuǎn)向更常見的消費品。這種設(shè)計風格之所以能保持下去，僅僅是因為晶格非常高效。

明智的做法是學習如何將它們整合到您的設(shè)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(jié)構(gòu)中獲益的信息，請立即聯(lián)系速加。