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3D打印最令人印象深刻的特征之一是能够制造具有复杂内部晶格结构的零件，这在传统制造技术中是不可能的。围绕晶格设计零件可以降低其整体质量，而不会显着影响其整体强度。本文将讨论如何利用晶格结构进行3D打印，以便在机械强度和降低成本方面将产品设计提升到一个新的水平。

什么是用于3D打印的格子结构？

简而言之，用于3D打印的晶格结构是连接节点的重复或非重复3维组合。在最简单的形式中，多个晶格节点通过光束相互连接。在重复3D结构的情况下，梁和节点的集合呈现规则和重复的3D形状，如立方体或四面体。这些形状通常称为单元格。这些单元的形状和密度将决定零件在施加载荷时的行为。

3D打印晶格结构通过仅将质量放在结构上需要的地方，从而充分利用了材料和打印机的独特功能。因此，整体项目比完全坚固时要轻得多。这就是为什么晶格结构在自然界中非常普遍的原因之一。多年来，这一原则只能在钢结构建筑等大型建筑中实施。然而，随着3D打印的出现和日益普及，已经有可能创建具有自己的内部晶格结构的更小，更平凡的零件和产品。它既可以提高机械强度，也可以提高美学吸引力。这种方法显著降低了零件的质量，在航空航天和汽车行业中几乎无穷无尽的应用，在这些应用中，质量的降低直接转化为燃油效率的提高。

生成晶格结构

由于晶格结构的复杂性，使用典型的CAD工具将它们建模到零件中是不切实际的。在大多数情况下，零件在 CAD 中绘制，就好像它是实体一样。然后，在设计零件后（考虑到DFAM原则），模型被导入到另一个软件包中以生成晶格结构。用于此目的的更常见的程序包括Netfabb或nTopology。
生成3D打印晶格结构的另一种方法是通过创成式设计。在这种情况下，将定义零件的连接点、质量限制和预期载荷。然后，算法生成数百个满足要求的解决方案。从那里，可以从解决方案中选择最佳的晶格单元结构和单元密度，也可以通过进一步迭代生成。在创建晶格结构时，重要的是要了解哪些因素会影响最终零件的整体功能。下面列出了这些因素：

• 晶格材料：在金属中进行3D打印时，晶格通常与整个零件的材料相同。但是，如果需要柔性晶格，则可以考虑多材料零件。一些产品使用柔软的柔性材料作为晶格，使用更具弹性的材料作为外壳来保护晶格。一个常见的例子是跑鞋鞋底。
• 晶格结构：最基本的3D打印晶格结构在整个零件中具有重复和均匀的图案。然而，更先进的方法将改变电池和梁结构，使其在需要额外强度的区域更致密，并在承受较少载荷的区域保持晶格的密度较低。电池的个体形状也对零件性能有显着影响，因为不同的结构将具有不同的机械性能。
• 单元格方向：3D打印晶格结构中单个细胞的方向会影响打印的复杂性。例如，最佳做法是使细胞定向，使它们能够在打印过程中支撑自己，而无需支撑结构。不建议尝试从数百个小细胞中移除支撑。

晶格结构的优势

用于3D打印的晶格结构具有广泛的优势。下面列出了一些最重要的。

• 降低零件成本：根据材料的不同，3D打印可能是一个昂贵的过程。对于航空航天工业中常见的钛或铬镍铁合金等材料尤其如此。晶格结构的引入意味着将使用更少的材料，从而使零件整体更便宜，而不会牺牲结构完整性。
• 改进的强度重量比：如果按照公认的DFAM（增材制造设计）原则进行设计，则具有晶格结构的零件可以具有无与伦比的强度重量比。这使得它们成为汽车和航空航天应用（以及其他应用）的理想选择，在这些应用中，最小化质量至关重要。
• 减震：晶格结构在耗散冲击和冲击载荷方面非常高效，因为单元配置有助于整个结构弯曲和释放能量。一些轻质晶格可以有效地阻挡子弹。
• 增加表面积：一些应用侧重于最大化表面积而不是机械强度。例如，传热或化学反应可能是主要目标。晶格结构在这里很有用，因为它们在不增加其整体占地面积的情况下为零件提供了更多的表面。
• 骨整合：这是指在促进骨骼生长的医疗植入物中创建晶格结构的方法。由此产生的植入物与患者自身的骨骼结构形成更强的结合。

晶格结构是否值得额外的复杂性？

通常，用于3D打印的晶格结构使工程师能够突破材料科学的极限，同时减少整体零件质量。莱迪思结构最近才开始从先进的航空航天应用转向更常见的消费类产品，这要归功于3D打印机的日益普及和材料成本的降低。这种设计风格之所以存在，仅仅是因为格子是如此高效。明智的做法是学习如何将它们整合到您的设计中，以利用它们的优势。要了解有关您的零件如何从晶格结构中受益的更多信息，请立即联系武汉易成三维科技