利用 3D 打印的晶格结构最大限度地吸收冲击、噪音和震动

发布于2021年8月19日

晶格是由交叉梁和节点形成的重复晶胞组成的 3D 微架构。在过去的十年中，它们已成为轻量化设计的基石，提供传统部件的强度和刚度，同时使用更少的材料。除了减轻重量之外，晶格还擅长吸收冲击、阻尼振动和降低噪音，因为它们的低刚度网络可以在负载下变形和恢复。

Adidas Futurecraft 4D 中底是其对现实世界影响的一个引人注目的例子。阿迪达斯与 Carbon 合作，其数字光合成™技术可实现精确的晶格制造，设计了一款平衡弹性、灵活性和卓越回弹力的中底。其结果是一款高性能鞋，可以最大限度地减少对运动员的冲击，同时保持轻质的外形。

希望利用晶格技术实现振动和能量阻尼的产品经理应考虑三个关键因素：材料选择、晶格设计和增材制造约束。

理解格

传统的减材方法难以产生复杂的晶格几何形状，因此 3D 打印成为首选方法。增材制造实现了“逆向设计”方法——为特定应用设计最佳材料布局，而不是让现有材料适应工作。

材料的选择至关重要。例如，与 EPU 41 相比，EPU 40 提供卓越的振动阻尼，因此选择与所需阻尼特性相匹配的材料可以显着提高性能。

虽然材料很重要，但晶格几何形状通常决定阻尼效果。弯曲晶格具有高弹性和弹性，而屈曲晶格允许单个梁弯曲，从而提供出色的能量耗散。额外的表面处理可以进一步增强阻尼。

在微观尺度上，晶胞（梁和节点的重复模式）驱动晶格的行为。开放、稀疏的细胞产生柔软的晶格；具有更多三角形和梁的更密集的单元会产生刚性结构。单元类型、尺寸、方向以及相对于单元尺寸的梁厚度都会影响材料的阻尼比，从而影响其冲击吸收。

成功的晶格生产取决于增材制造设计 (DFAM) 原则。工程师必须通过考虑流程、方向和必要的支撑来确保晶格是可打印的。

晶格取向引入了各向异性——沿不同轴的特性不同。虽然这本身并不是一个缺点，但将方向与预期负载方向（例如屈曲行为）对齐可以优化性能。

当正确应用 DFAM 时，增材制造的晶格零件通常可以达到或超过传统制造组件的质量，从而释放出以前无法实现的新可能性。

创建有效的网格结构需要明确的前期要求、符合性能目标的材料选择以及细致的架构设计。通过使用正确的阻尼材料，您可以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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