3D 프린팅 및 전통 산업의 격자 구조
1. 격자 구조 특성 및 에너지 흡수 능력
1) 격자 재료의 가장 중요한 특성 중 하나는 압축 중에 기계적 에너지를 흡수하거나 발산하는 능력을 특징으로하는 에너지 흡수 능력입니다. 피라미드 격자, 입체 카고메 격자, 사면체 격자 및 다이아몬드 격자와 같은 대부분의 격자 구조는 종횡비 또는 단위 셀 크기와 같은 기하학적 매개 변수를 변경하여 매우 우수한 에너지 흡수 성능을 달성 할 수 있음이 확인되었습니다.
2) 격자 구조를 가진 디자인 가능한 샌드위치 패널은 또한 우수한 에너지 흡수 특성을 갖는 것으로 나타났습니다. 기하학적 파라미터 이외에도, 에너지 흡수 성능은 또한 구배 구조, 금속 폼 충진 구조, 다층 구조 및 상이한 단위 세포 구조물과 같은 복잡한 구조물에 의해 조정될 수 있으며, 이는 단일 격자 구조보다 에너지 흡수에서 더 효율적인 것으로 나타났다.
3) 기계적 특성 또는 에너지 흡수능을 향상시키는 방법은 스트럿을 연결하는 결절 구조를 변형시키는 것이다. 압축 또는 충격 하중을 받을 때, 응력 농도는 보통 발생합니다. 이 방법은 비교적 간단하지만 금속 격자 구조의 에너지 흡수 능력을 향상시킬 수 있습니다.
2. 전통적인 공정과 3D 프린팅의 격자 구조 비교
기존 공정에서 금속 격자 구조를 제조하기위한 몇 가지 기술이 있습니다, 스탬핑, 압출 접합 와이어 절단, 확장 시트 폴딩 및 투자 주조를 포함하여. 주조 외에도 이러한 기술은 격자 구조를 형성하기 위해 스트럿을 조립하기 위해 접합 또는 용접 기술을 사용해야합니다. 가공 중에 접합부는 종종 기포 및 미세 균열과 같은 결함에 민감하여 격자 구조의 전반적인 기계적 특성이 약화됩니다. 인베스트먼트 캐스팅 기술의 경우, 전해조 구성은 기술 자체의 한계로 인해 너무 복잡 할 수 없습니다.
격자는 전통적인 설계 기술로 복제하는 것이 거의 불가능한 부품이나 제품을 설계 할 때 매우 유용한 몇 가지 고유 한 특성을 가지고 있습니다. 연구에 따르면 폴리그레인 구조는 단일의 표준 격자 물체보다 최대 일곱 배 더 강하며, 이는 3D 프린팅만이 달성할 수 있는 특정 형상을 재배열하는 데 상당한 강도 차이가 있습니다. 다른 제조 방법으로는 이러한 구조를 생산할 수 없다는 것이 발견되었습니다.
3. 3D 인쇄 격자 구조를 선택하는 이유
1) 재료 사용량 감소
설계에 격자를 사용하면 중요하지 않은 영역에서 대부분의 재료를 제거하여 사용되는 재료의 양을 크게 줄일 수 있습니다.
2) 경량
재료 사용량을 줄이면 무게가 줄어 듭니다. 많은 응용 분야에서 부품 또는 어셈블리의 무게는 일반적으로 가능한 한 가볍습니다. 부품을 만드는 데 사용되는 재료가 적을수록 가격이 저렴합니다
3) 에너지 흡수
격자 구조는 에너지 흡수에 유익한 많은 특성을 가지고 있습니다. 서로 다른 영역, 심지어 세포 유형의 밀도를 변화시킴으로써 설계는 다른 방향으로 에너지를 효율적으로 흡수 할 수 있습니다. 복잡한 격자 유형은 방향을 바꿀 수 있으며 충격력을 흡수하기 위해 여러 방향으로 에너지를 더 잘 분배 할 수 있으며 현대 적층 제조 수지의 다양한 특성을 활용할 수 있습니다.
4) 표면적을 늘리십시오.
일부 응용 분야는 기계적 강도보다는 표면적을 최대화하는 데 중점을 둡니다. 예를 들어, 열 전달 또는 화학 반응이 주요 표적이 될 수 있다. 격자 구조는 전체 풋 프린트를 늘리지 않고 부품에 더 많은 표면을 제공하기 때문에 여기에서 유용합니다.
5) 오스오세트오집적
이것은 뼈 성장을 촉진하기 위해 의료용 임플란트에서 격자 구조를 만드는 방법을 말합니다. 생성 된 임플란트는 환자 자신의 뼈 구조와 더 강한 결합을 형성합니다.
4. 격자 구조 유형
격자는 모두 단위 셀을 기반으로합니다. 이것은 전체를 형성하기 위해 여러 방향으로 반복되는 반복 단위입니다. 격자 유형은 속성에 따라 범주로 나뉩니다.
1) TPMS 격자
삼중 주기 최소 서피스(TPMS) 격자는 삼각 방정식을 사용하여 단위 셀이 생성될 때 생성됩니다.
2) 스트럿 격자
스트럿의 격자는 셀에 의해 정의 된 다양한 패턴으로 연결된 상호 연결된 빔으로 구성됩니다. 기둥은 정육면체 요소의 꼭짓점, 가장자리 및 면으로 연결할 수 있으며 이러한 연결 점의 다른 조합은 다른 유형을 초래합니다.
3) 평면 격자
평면 격자는 가장 간단한 유형의 격자이며 2D 단위 셀이 3D로 압출될 때 생성됩니다. 평면 격자의 가장 일반적인 유형은 벌집 구조입니다.
3D 인쇄 격자 구조는 문제에 대한 이상적인 해결책입니다. 그것은 정밀하게 설계된 격자 구조, 사실상 무제한 매트릭스 재료, 최적화 된 특성을 가지고 있으며 많은 산업 규모의 기술로 제조 될 수 있으므로 자동차, 의료, 스포츠 장비, 열교환기, 소비자 제품 중요한 응용 분야에 사용하기에 이상적입니다.
