使用 3D 打印的格子来最大限度地吸收噪音和减震

作者：Fast Radius 应用工程师 Tristan Antonsen

晶格是由一系列重复的晶胞组成的三维结构，这些晶胞由相交的梁和节点的图案创建。近年来，这些微架构因其多种原因而受到欢迎，包括它们能够生产具有与传统组件相当的材料特性和结构完整性的轻质零件，而且通常使用较少的多余材料。格子还用于吸收冲击、噪音和阻尼振动，因为它们的刚度较低，并且能够承受和从应变中恢复。

这有一些可能令人惊讶的现实应用。对我们在 Carbon 的合作伙伴利用其开创性的 Digital Light Synthesis™ 技术所取得的成就印象深刻，运动服装巨头阿迪达斯伸出手设计了一款运动鞋中底，该鞋底夹层结合了格子提供的高冲击吸收能力。材料要求提出了一个挑战：鞋底需要有弹性和柔韧性，以提供出色的回弹，并最大限度地减少对运动员身体的冲击。 Carbon 的技术迎难而上——其结果是令人惊叹的高性能 Adidas Futurecraft 4D 中底，它以小组件体积提供出色的冲击吸收。

以下是产品经理需要了解的有关如何使用晶格来提供最大减振和能量阻尼的知识。

关于格子的一切

一般来说，晶格的小尺寸和复杂的几何形状使得它们难以通过传统的减材制造方法创建；因此，晶格通常是通过 3D 打印工艺生产的。

增材制造设计的一个关键优势是它允许产品经理实施逆向设计流程，这意味着他们可以设计最佳材料特性以适应给定的应用，而不是试图找到已经存在的合适材料。

一些材料在耗散能量方面天生就更好——例如，EPU 40 是一种比 EPU 41 更好的减振材料——并且选择符合零件应用所需特性的材料使制造商能够增加其组件的冲击吸收。

虽然材料选择在晶格阻尼振动和耗散能量的能力中起着重要作用，但在大多数情况下，晶格的设计对零件的阻尼效果有更显着的影响。在宏观层面上，晶格结构通常设计为在撞击时弯曲或弯曲。弯曲格子非常有弹性和弹性，而屈曲格子允许单个梁放弃和弯曲，这在耗散能量方面非常有效。自由层阻尼处理也可以应用于零件。

在粒度级别上，构成晶格的光束和节点的重复图案称为晶胞。节点和梁的潜在组合数量巨大，但开放、稀疏的晶胞通常会形成软晶格，而三角形和梁集中度较高的晶胞通常会形成刚性结构。

单元类型、尺寸和方向对晶格的材料阻尼比有直接影响，与晶格单元尺寸相比，梁的相对厚度的变化将导致晶格表现出截然不同的行为，以及 - 所有必须考虑到最大程度地吸收冲击和消散能量。

为制造设计晶格

虽然添加剂方法允许制造商创造以前不可能的东西，但晶格仍然必须设计得很好才能有效地实现其预期功能。通过结合增材制造设计 (DFAM) 原则，工程师可以帮助利用 3D 打印过程的特定特性，确保其晶格结构在吸收冲击、声音和振动方面发挥最大作用。

两个重要的 DFAM 考虑因素是晶格的晶胞的结构和方向。格子首先必须是可打印的。这包括考虑因素，例如打印过程、打印方向，有时还包括设计中的支撑结构，以确保部件的可行性。

晶格单元方向固有地创建各向异性部件，这意味着组件在一个方向上的行为与另一个方向不同。然而，这不一定是一个缺点——如果晶格需要在一个方向上表现（例如屈曲晶格的情况），产品经理应该确保结构的单元格方向在该方向上正确对齐。

如果实施得当，DFAM 使制造商能够绕过传统制造方法的限制，并使全新的事物成为可能。在许多情况下，包含晶格结构的增材制造零件的质量与通过传统工艺制造的零件相当，甚至更胜一筹。

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晶格结构是一种通用且有效的方法，可用于制造吸收和消散冲击、声音和振动的部件。晶格设计中的关键考虑因素包括预先明确定义要求，根据这些要求和晶格所需的功能选择合适的材料，并相应地构建晶格结构。根据所需的性能特性选择最佳的减振材料是理想的起点，因为这将有助于最大限度地提高零件的能量耗散和冲击吸收能力。

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