Struttura reticolare della stampa 3D e dell'industria tradizionale
1. Caratteristiche della struttura reticolare e capacità di assorbimento dell'energia
1) Una delle proprietà più importanti dei materiali reticolari è la capacità di assorbimento di energia, che è caratterizzata dalla capacità di assorbire o dissipare energia meccanica durante la compressione. È stato confermato che la maggior parte delle strutture reticolari, come i reticoli piramidali, i reticoli kagome tridimensionali, i reticoli tetraedrici e i reticoli diamantati, possono ottenere ottime prestazioni di assorbimento dell'energia modificando parametri geometrici come il rapporto di aspetto o la dimensione della cella unitaria.
2) Anche i pannelli sandwich progettabili con strutture reticolari hanno dimostrato di avere eccellenti proprietà di assorbimento dell'energia. Oltre ai parametri geometrici, le prestazioni di assorbimento dell'energia possono anche essere regolate da strutture complesse come strutture a gradiente, strutture riempite di schiuma metallica, strutture multistrato e diverse strutture cellulari unitarie, che hanno dimostrato di essere più efficienti nell'assorbimento di energia rispetto alle strutture a reticolo singolo efficienti.
3) Il metodo per migliorare le proprietà meccaniche o la capacità di assorbimento di energia è quello di modificare la struttura nodale che collega i montanti. Quando sottoposto a compressione o carichi d'urto, di solito si verifica una concentrazione di stress. Questo metodo è relativamente semplice, ma può migliorare la capacità di assorbimento di energia della struttura reticolare metallica
2. Confronto della struttura reticolare del processo tradizionale e della stampa 3D
Esistono diverse tecniche per fabbricare strutture reticolari metalliche nei processi convenzionali, tra cui lo stampaggio, il taglio del filo legato all'estrusione, la piegatura della lamiera di espansione e la fusione per investimento. Oltre alla fusione, queste tecniche devono utilizzare tecniche di incollaggio o saldatura per assemblare i montanti per formare la struttura reticolare. Durante la lavorazione, le giunzioni sono spesso sensibili ai difetti, come bolle e microfessure, portando ad un indebolimento delle proprietà meccaniche complessive della struttura reticolare. Per la tecnologia di fusione per investimenti, la configurazione dell'elettrolizzatore non può essere troppo complicata a causa dei limiti della tecnologia stessa.
Lattice ha alcune proprietà uniche che sono molto utili quando si progettano parti o prodotti che sono quasi impossibili da replicare con le tecniche di progettazione tradizionali. Gli studi hanno dimostrato che le strutture polygrain sono fino a sette volte più forti degli oggetti reticolari standard in singolo, una differenza di forza significativa per riorganizzare alcune geometrie che solo la stampa 3D può raggiungere. Si è scoperto che nessun altro metodo di fabbricazione poteva produrre queste strutture.
3. Perché scegliere le strutture reticolari stampate in 3D
1) Ridurre l'utilizzo di materiale
L'uso di reticoli in un progetto può ridurre notevolmente la quantità di materiale utilizzato rimuovendo la maggior parte del materiale in aree non critiche.
2) Leggero
La riduzione dell'utilizzo di materiale riduce il peso. In molte applicazioni, il peso di una parte o di un assieme è solitamente il più leggero possibile. il minor materiale utilizzato per creare una parte equivale a un prezzo inferiore
3) Assorbimento di energia
La struttura reticolare ha molte proprietà che sono benefiche per assorbire energia. Variando la densità di diverse regioni e persino i tipi di cellule, il progetto può assorbire in modo efficiente l'energia in diverse direzioni. I tipi di reticoli complessi possono essere reindirizzati e distribuire meglio l'energia in più direzioni per assorbire le forze d'impatto, sfruttando al contempo le varie proprietà delle moderne resine di produzione additiva.
4) Aumentare la superficie
Alcune applicazioni si concentrano sulla massimizzazione della superficie piuttosto che sulla resistenza meccanica. Ad esempio, il trasferimento di calore o le reazioni chimiche possono essere l'obiettivo primario. Le strutture reticolari sono utili qui perché danno alla parte più superfici senza aumentare il suo ingombro complessivo.
5) Osteointegrazione
Questo si riferisce a un metodo di creazione di strutture reticolari in impianti medici per promuovere la crescita ossea. L'impianto risultante forma un legame più forte con la struttura ossea del paziente.
4. Tipo di struttura reticolare
I reticoli sono tutti basati su una cella unitaria. Questa è un'unità ripetuta che viene ripetuta in più direzioni per formare un tutto. I tipi di reticolo sono divisi in categorie in base alle loro proprietà
1) Reticolo TPMS
I reticoli TPMS (Triple Period Minimum Surface) vengono creati quando viene generata una cella unitaria utilizzando equazioni trigonometriche
2) Reticolo del montante
Un reticolo di montanti è costituito da travi interconnesse, collegate in vari modelli definiti dalle celle. I pilastri possono essere collegati da vertici, bordi e facce di elementi cubici e diverse combinazioni di questi punti di connessione si traducono in tipi diversi.
3) Reticolo planare
Un reticolo planare è il tipo più semplice di reticolo e viene creato quando una cella unitaria 2D viene estrusa in 3D. Il tipo più comune di reticolo planare è la struttura a nido d'ape.
Le strutture reticolari di stampa 3D sono la soluzione ideale al problema. Ha una struttura reticolare progettata con precisione, materiali a matrice praticamente illimitati, proprietà ottimizzate e può essere fabbricato da molte tecnologie su scala industriale, rendendoli ideali per l'uso in applicazioni importanti nel settore automobilistico, medico, sportivo, scambiatori di calore, prodotti di consumo.
