利用3D打印晶格结构最大化冲击、噪音与震动吸收

发布于2021年8月19日

晶格是由相交梁和节点形成的重复单元组成的3D微架构。过去十年它们成为轻量化设计基石，以显著更少材料提供传统组件同等强度刚度。除减重外，晶格擅长吸收冲击、阻尼振动、降低噪音，因其低刚度网络可在载荷下变形回复。

其现实影响的醒目例证是Adidas Futurecraft 4D中底。与Carbon合作，其数字光合成™技术允许精密晶格制造，Adidas设计出平衡韧性、柔性、优越回弹的中底。结果是高性能鞋在保持轻量轮廓同时为运动员最小化冲击。

寻求利用晶格技术进行振动和能量阻尼的产品经理应考虑三关键因素：材料选择、晶格设计、增材制造约束。

理解晶格

传统减材法难产生晶格精细几何，使3D打印成首选方法。增材制造支持"逆向设计" — 为特定应用设计最优材料布局而非将现有材料适配工作。

材料选择关键。例如EPU 40提供比EPU 41更优振动阻尼，选匹配期望阻尼特性的材料可显著提升性能。

虽材料重要，晶格几何常决定阻尼效果。弯曲晶格高弹性弹跳，屈曲晶格允许单梁弯曲提供卓越能量耗散。额外表面处理可进一步增强阻尼。

微观尺度上，单元 — 梁节点重复模式 — 驱动晶格行为。开放稀疏单元产生软晶格；更密三角形和梁更多的单元产生刚性结构。单元类型、尺寸、方向、梁厚相对单元尺寸均影响材料阻尼比，进而影响冲击吸收。

成功晶格生产系于面向增材制造设计(DFAM)原则。工程师必须核算工艺、方向、必要支撑确保晶格可打印。

晶格方向引入各向异性 — 不同轴属性不同。这非固有缺点，但将方向与预期载荷方向对齐(如屈曲行为)可优化性能。

正确应用DFAM时，增材制造晶格零件常匹配或超越传统制造组件质量，解锁前所未有的新可能性。

创建高效晶格结构需清晰前期需求、与性能目标对齐的材料选择、精细架构设计。从正确阻尼材料起步，最大化零件能量耗散和冲击吸收。

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