Estructura de gelosia d'impressió 3D i indústria tradicional
1. Característiques de l'estructura de gelosia i capacitat d'absorció d'energia
1) Una de les propietats més importants dels materials de gelosia és la capacitat d'absorció d'energia, que es caracteritza per la capacitat d'absorbir o dissipar energia mecànica durant la compressió. S'ha confirmat que la majoria de les estructures de gelosia, com ara les gelosies piramidals, les geloses tridimensionals de Kagome, les gelosies tetraèdriques i les geloses de diamant, poden assolir un rendiment molt bo d'absorció d'energia canviant paràmetres geomètrics com la relació d'aspecte o la mida de la cel·la unitat.
2) També s'ha demostrat que els panells sandvitx dissenyables amb estructures de gelosia tenen excel·lents propietats d'absorció d'energia. A més dels paràmetres geomètrics, el rendiment d'absorció d'energia també es pot ajustar per estructures complexes, com ara estructures de gradient, estructures farcides d'escuma metàl·lica, estructures multicapa i diferents estructures de cèl·lules unitàries, que s'ha demostrat que són més eficients en l'absorció d'energia que una sola gelosia. estructures eficients.
3) El mètode per millorar les propietats mecàniques o la capacitat d'absorció d'energia és modificar l'estructura nodal que connecta els puntals. Quan se sotmet a càrregues de compressió o xoc, normalment es produeix la concentració d'estrès. Aquest mètode és relativament senzill, però pot millorar la capacitat d'absorció d'energia de l'estructura de gelosia metàl·lica
2. Comparació de l'estructura de gelosia del procés tradicional i la impressió 3D
Hi ha diverses tècniques per fabricar estructures de gelosia metàl·lica en processos convencionals, com ara l'estampació, el tall de filferro unit per extrusió, el plegat de làmines d'expansió i la fosa d'inversió. A més de la fosa, aquestes tècniques han d'utilitzar tècniques d'unió o soldadura per muntar els puntals per formar l'estructura de gelosia. Durant el processament, les unions sovint són sensibles als defectes, com ara bombolles i microesquerdes, que provoquen un debilitament de les propietats mecàniques globals de l'estructura de la gelosia. Per a la tecnologia de fosa d'inversió, la configuració de l'electrolitzador no pot ser massa complicada a causa de les limitacions de la pròpia tecnologia.
La gelosia té algunes propietats úniques que són molt útils a l'hora de dissenyar peces o productes que són gairebé impossibles de replicar amb les tècniques de disseny tradicionals. Els estudis han demostrat que les estructures de poligras són fins a set vegades més resistents que els objectes de gelosia estàndard en un sol, una diferència de força significativa per reordenar certes geometries que només la impressió 3D pot aconseguir. Es va trobar que cap altre mètode de fabricació podria produir aquestes estructures.
3. Per què triar estructures de gelosia impreses en 3D
1) Reduir l'ús de material
L'ús de gelosies en un disseny pot reduir considerablement la quantitat de material utilitzat eliminant la major part del material a les zones no crítiques.
2) Pes lleuger
La reducció de l'ús de material redueix el pes. En moltes aplicacions, el pes d'una peça o conjunt sol ser el més lleuger possible. menys material utilitzat per crear una peça equival a un preu més baix
3) Absorció d'energia
L'estructura de gelosia té moltes propietats beneficioses per absorbir energia. En variar la densitat de diferents regions, i fins i tot els tipus de cèl·lules, el disseny pot absorbir energia de manera eficient en diferents direccions. Els tipus de gelosia complexos es poden redirigir i distribuir millor l'energia en múltiples direccions per absorbir les forces d'impacte, alhora que s'aprofiten les diverses propietats de les resines modernes de fabricació additiva.
4) Augmentar la superfície
Algunes aplicacions se centren a maximitzar la superfície en lloc de la resistència mecànica. Per exemple, la transferència de calor o les reaccions químiques poden ser l'objectiu principal. Les estructures de gelosia són útils aquí perquè donen a la peça més superfícies sense augmentar la seva empremta global.
5) Osteointegració
Es refereix a un mètode per crear estructures de gelosia en implants mèdics per promoure el creixement ossi. L'implant resultant forma un vincle més fort amb la pròpia estructura òssia del pacient.
4. Tipus d'estructura de gelosia
La gelosia es basen totes en una cel·la unitat. Aquesta és una unitat repetida que es repeteix en múltiples direccions per formar un tot. Els tipus de gelosia es divideixen en categories en funció de les seves propietats
1) Gelosia TPMS
Les gelosies de superfície mínima de triple període (TPMS) es creen quan es genera una cel·la unitat mitjançant equacions trigonomètriques
2) Enreixat de puntal
Una gelosia de puntals consta de bigues interconnectades, connectades en diversos patrons definits per les cèl·lules. Els pilars es poden connectar per vèrtexs, arestes i cares d'elements del cub, i les diferents combinacions d'aquests punts de connexió donen lloc a diferents tipus.
3) Gelosia plana
Una gelosia plana és el tipus més senzill de gelosia i es crea quan una cel·la unitat 2D s'extrudeix en 3D. El tipus més comú de gelosia plana és l'estructura de bresca.
La impressió en 3D d'estructures de gelosia és la solució ideal al problema. Té una estructura de gelosia dissenyada amb precisió, materials de matriu pràcticament il·limitats, propietats optimitzades i pot ser fabricat per moltes tecnologies a escala industrial, cosa que els fa ideals per al seu ús en automoció, equips mèdics, esportius, intercanviadors de calor, aplicacions importants en productes de consum.
