3D 打印晶格结构如何改进零件
3D打印的晶格结构是增材制造的最大卖点之一。它们很容易使用独特的 3D 打印工艺制造，使用它们有很多实际好处。
晶格结构本质上是填充图案——构建 3D 打印部件内部几何形状的方式。工程师可以使用部分中空的重叠互锁图案，而不是 3D 打印实心塑料或金属块。当这些晶格设计得当时，它们可以大大提高零件的机械性能，使其更轻、更坚固。
重要的是，晶格结构可以在任何专业级 3D 打印机上制造。更重要的是，这些结构无法使用任何其他制造技术充分生产。减材技术无法在不切割外部的情况下切割零件的内部，而模具只是被液体材料“填充”——您无法像使用 3D 打印机那样挑选和选择液体材料如何落入到位。
本文着眼于如何制作 3D 打印晶格结构，以及它们为何在航空航天等领域变得如此有用。
如何制作 3D 打印格子？
在桥梁和木屋等地方随处可见格子结构。埃菲尔铁塔可能是世界上最著名的格子或桁架结构示例，其重叠的横梁形成了一个稳定但大部分为空心的结构。
可以在 3D 打印部件中复制这种结构。并且通常不需要手动设计格子框架：有几种格子生成工具可以根据用户选择的参数自动生成格子图案。市售工具包括拓扑、Autodesk Within 和 Meshify。
但并不是所有的格子都是一样的。事实上，晶格结构的变化有很多，关键变化如下所述。
细胞结构
单元是构成晶格结构的单个单元。这些通常可以识别为几何形状，例如立方体、星形、六边形、八边形等，尽管可以将多种形状组合用于特定的机械用途。有时细胞完全不均匀，没有明显的图案。
最终，细胞结构——无论是形状还是大小——都会影响部件在强度、重量、弹性和其他因素方面的表现。
单元格方向
决定细胞的结构和大小只是故事的一半。晶格内的形状可以以不同的方式定向，这也会影响零件的最终性能。方向也应该由打印约束来确定：例如，某些方向需要更多的支撑结构。
格子材质
并非所有材料都能够打印所有晶格结构。柔软且有弹性的材料通常不应印刷大孔结构，因为大的多孔部分可能会使零件下垂。在大多数情况下，点阵材料将与外壳或外部材料相同，但多挤出机打印机在这方面提供了一些灵活性。
3D 打印点阵有什么好处？
通过将晶格结构整合到 3D 打印零件中，工程师可以获得诸如减轻重量、提高零件强度和减震等好处。
减轻重量可能是这些好处中最重要的，也是工程师如此热衷于使用带图案的内部几何形状来优化其印刷结构的主要原因。格子结构的一个关键特征是它们的部分空心：单元格包含空白空间，因此除了内部格子图案之外，与具有实心填充的等效部分相比，具有更少的整体材料。
更少的整体材料意味着更少的质量，这对于汽车和航空航天等行业的增材制造用户来说是一个巨大的优势，在这些行业中，只需减少几克就可以对零件性能产生巨大影响。事实上，一些最令人兴奋的晶格研究正在航空航天领域进行，波音等公司已经开发出超轻量级的先进晶格材料。
更少的材料也意味着更少的支出。通过制造具有晶格结构的零件，工程师可以制造出实际上成本低于劣质零件的优质零件。
但晶格结构的重点是在不损害零件完整性的情况下减少质量。虽然在零件上戳任意孔可能使其更脆且更容易断裂，但 3D 打印晶格结构旨在以最有效的结构方式使用材料，确保中空部分不是漏洞，而是自身的优势。
具有晶格结构的部分空心零件实际上比它们的实体等效物更坚固，因为晶格中的空白空间有助于提高减震效果并减少冲击应力。具有大单元格子结构的零件可以具有很高的柔韧性和弹性，降低脆性和破损的可能性。
不太重要但仍然值得注意的是格子的美学。这些复杂的图案是工程师可以使用 3D 打印机制作的最令人印象深刻的形状，因此带有打印格子的零件通常既实用又美观。
3D打印格子的好处总结：
- 轻量级
- 更少的材料使用
- 强
- 减震
- 审美
CNC 机器可以制造晶格结构吗？
简而言之，没有。 CNC 机器和其他减材制造技术无法制造 3D 晶格结构，因为它们使用切削工具从实心块中去除材料。数控机床可以切除第一排晶格的空心部分，但刀具随后会遇到死胡同。它无法切割下一行的空心截面，因为实心截面会挡道。
3D 打印机不会遇到这个问题，因为它以切片或横截面的形式制造零件，从无到有地构建它们，而不是从实心块中切割下来。因此，增材制造与创造晶格结构的最佳制造技术相去甚远。
但请注意，CNC 机器可以有效地创建 2D 晶格结构，例如格栅，而这些特定的 CNC 加工晶格实际上可能比 3D 打印的晶格更坚固。
3D打印点阵的实际应用有哪些？
3D 打印的晶格结构已经在许多行业中得到应用，因为整个商业领域的工程师和产品设计师都在不断寻求减轻和加强零件的方法。
减轻重量在航空航天中尤为重要 和汽车 因为重型部件通常会降低车速并导致更多的燃料使用。因此，轻量化部件更受欢迎。
鉴于桁架结构在建筑中已经存在了数百年，因此小型化的格子在当今的建筑中也越来越流行也就不足为奇了 景观。由于可以精确设计晶格结构，研究人员甚至找到了创建 3D 图案以降低噪音的方法，从而有可能改善建筑物的绝缘材料。
服装中也有 3D 打印的格子 和鞋类 ，像阿迪达斯这样的公司使用 3D 打印的弹性体格子来制作运动鞋中底。这些格子提供了一个具有大量弹跳的轻质缓冲垫——比 1990 年代无处不在的“气泡”要好得多，也更有科学依据。
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