Menggunakan kisi cetak 3D untuk memaksimalkan penyerapan kebisingan dan guncangan

Oleh Tristan Antonsen, Insinyur Aplikasi, Radius Cepat

Kisi adalah struktur tiga dimensi yang terdiri dari serangkaian sel unit berulang yang dibuat oleh pola balok dan simpul yang berpotongan. Arsitektur mikro ini telah mendapatkan popularitas dalam beberapa tahun terakhir karena sejumlah alasan, termasuk kemampuannya untuk memungkinkan produksi suku cadang ringan yang memiliki karakteristik material dan integritas struktural yang sebanding dengan komponen lama — dan seringkali dengan material berlebih yang lebih sedikit. Kisi-kisi juga digunakan untuk menyerap benturan, kebisingan, dan getaran lembab, karena kisi-kisi tersebut dapat memiliki kekakuan yang rendah dan kemampuan untuk menahan dan memulihkan dari tegangan.

Ini memiliki beberapa aplikasi dunia nyata yang mungkin mengejutkan. Terkesan dengan apa yang dicapai mitra kami di Carbon dengan teknologi Digital Light Synthesis™ perintis mereka, raksasa pakaian olahraga Adidas mengulurkan tangan untuk merancang sol tengah untuk sepatu atletik yang menggabungkan penyerapan dampak tinggi yang disediakan kisi. Persyaratan material menghadirkan tantangan:sol harus tangguh dan fleksibel, untuk memberikan rebound yang sangat baik, dan meminimalkan guncangan pada tubuh atlet. Teknologi Carbon menjawab tantangan tersebut — hasilnya adalah midsole Adidas Futurecraft 4D berkinerja tinggi yang menakjubkan, yang menawarkan penyerapan benturan yang luar biasa pada volume komponen kecil.

Inilah yang perlu diketahui manajer produk tentang bagaimana kisi dapat digunakan untuk memberikan peredam getaran dan peredam energi maksimum.

Semua tentang kisi

Secara umum, ukuran kecil dan geometri kisi yang kompleks membuatnya sulit dibuat melalui metode manufaktur subtraktif tradisional; Oleh karena itu, kisi biasanya diproduksi melalui proses pencetakan 3D.

Keuntungan utama merancang untuk manufaktur aditif adalah memungkinkan manajer produk untuk menerapkan proses desain terbalik, yang berarti mereka dapat merancang karakteristik material yang optimal agar sesuai dengan aplikasi yang diberikan alih-alih mencoba menemukan material yang sesuai yang sudah ada.

Beberapa material secara inheren lebih baik dalam menghamburkan energi — EPU 40 adalah material peredam getaran yang lebih baik daripada EPU 41, misalnya — dan memilih material yang selaras dengan karakteristik yang diperlukan dari aplikasi suku cadang memungkinkan produsen meningkatkan penyerapan dampak komponennya.

Sementara pilihan material memainkan peran penting dalam kemampuan kisi untuk meredam getaran dan menghilangkan energi, desain kisi, dalam banyak kasus, memiliki efek yang lebih signifikan pada efek redaman bagian. Pada tingkat makro, struktur kisi biasanya dirancang untuk menekuk atau melengkung saat terkena benturan. Kisi-kisi pembengkok sangat elastis dan kenyal, sedangkan kisi-kisi tekuk memungkinkan balok-balok individual melepaskan dan menekuk, yang sangat efektif dalam menghamburkan energi. Perawatan redaman lapisan gratis juga dapat diterapkan pada bagian-bagian.

Pada tingkat granular, pola berulang balok dan simpul yang membentuk kisi disebut sel satuan. Ada sejumlah besar potensi kombinasi node dan balok, tetapi sel satuan yang terbuka dan jarang biasanya membuat kisi lunak, sedangkan sel satuan dengan konsentrasi segitiga dan balok yang lebih tinggi umumnya membuat struktur yang kaku.

Jenis sel, ukuran, dan orientasi memiliki efek langsung pada rasio redaman material kisi, dan perubahan ketebalan relatif balok dibandingkan dengan ukuran unit sel akan menyebabkan kisi menunjukkan perilaku yang sangat berbeda, juga — semua yang harus dipertimbangkan untuk memaksimalkan penyerapan dampak dan disipasi energi.

Merancang kisi untuk manufaktur

Sementara metode aditif telah memungkinkan produsen untuk membuat hal-hal yang sebelumnya tidak mungkin, kisi masih harus dirancang dengan baik untuk memenuhi fungsi yang dimaksudkan secara efektif. Dengan menggabungkan prinsip-prinsip desain untuk manufaktur aditif (DFAM), para insinyur dapat membantu menggunakan properti spesifik dari proses pencetakan 3D untuk memastikan bahwa struktur kisinya efektif secara maksimal dalam menyerap benturan, suara, dan getaran.

Dua pertimbangan DFAM penting adalah struktur dan orientasi sel unit kisi. Kisi harus pertama dan terutama dapat dicetak. Ini termasuk pertimbangan faktor seperti proses pencetakan, orientasi cetak, dan terkadang struktur pendukung ke dalam desain untuk memastikan kelayakan bagian tersebut.

Orientasi sel kisi secara inheren menciptakan bagian anisotropik, yang berarti bahwa komponen berperilaku berbeda dalam satu arah dari yang lain. Namun, ini tidak selalu merugikan — jika kisi perlu berperilaku dalam satu arah (seperti halnya dengan kisi tekuk), manajer produk harus memastikan bahwa orientasi sel struktur diselaraskan dengan benar ke arah itu.

Ketika diterapkan dengan benar, DFAM memungkinkan produsen untuk mengatasi keterbatasan metode manufaktur lama dan membuat hal-hal yang benar-benar baru menjadi mungkin. Dalam banyak kasus, suku cadang yang diproduksi secara aditif yang menggabungkan struktur kisi memiliki kualitas yang sebanding, jika tidak superior, dengan suku cadang yang dibuat melalui proses lama.

Temukan bagaimana Fast Radius mendorong inovasi di bidang manufaktur

Struktur kisi adalah metode serbaguna dan efektif untuk membuat bagian yang menyerap dan menghilangkan benturan, suara, dan getaran. Pertimbangan utama dalam desain kisi melibatkan pendefinisian persyaratan yang jelas di awal, memilih bahan yang sesuai berdasarkan persyaratan ini dan fungsionalitas kisi yang diinginkan, dan merancang struktur kisi yang sesuai. Memilih bahan terbaik untuk peredam getaran berdasarkan karakteristik kinerja yang diperlukan adalah langkah awal yang ideal, karena ini akan membantu memaksimalkan disipasi energi komponen dan kemampuan penyerapan benturan.

Fast Radius berkomitmen untuk menggunakan teknologi mutakhir, serta metode yang terbukti benar, untuk membuat setiap manufaktur lebih efisien dan lebih efektif. Kami bekerja dengan setiap pelanggan kami untuk mengoptimalkan suku cadang untuk desain dan kemampuan manufaktur, karena kami bangga memberikan komponen berkualitas unggul tepat waktu dan dengan harga yang kompetitif. Hubungi kami hari ini untuk mengetahui bagaimana kami dapat membantu.