Memahami kisi cetak 3D:Properti, kinerja, dan pertimbangan desain

Proses manufaktur aditif (AM) memungkinkan para insinyur untuk membuka kemampuan struktur kisi untuk meningkatkan kinerja produk mereka. Kisi adalah arsitektur mikro dua atau tiga dimensi yang terdiri dari jaringan simpul dan balok, atau penyangga, yang secara dramatis mengurangi bobot dan mempertahankan integritas struktural.

Ada banyak sekali jenis kisi yang tersedia

Ada segudang jenis kisi yang tersedia yang memiliki karakteristik unik (mode deformasi, efisiensi material, dll.) dan estetika. Banyak dari struktur kisi ini terinspirasi oleh struktur kristal alami. Dan karena fitur dasarnya yang kecil, kisi sulit —atau hampir tidak mungkin— dibuat melalui metode manufaktur lawas.

Penggabungan struktur kisi memungkinkan para insinyur menjelajahi lebih banyak ruang desain dengan memikirkan kembali kinerja yang diinginkan dari bagian mereka.

Melalui teknik kisi, massa bagian keseluruhan dapat dikurangi hingga 90% atau lebih dengan menyetel parameter kisi secara tepat ke beban fisik pada bagian tersebut.

Manfaat mekanis

Manfaat kisi-kisi telah dikenal sepanjang waktu. Jika Anda melihat cukup dekat, Anda akan melihat kisi-kisi di alam (seperti tulang, kristalografi logam, dll.) serta arsitektur modern. Ambil contoh Menara Eiffel:Struktur logam menara secara efisien menopang beratnya saat mencapai langit. Mirip dengan kisi sederhana, struktur mandiri ini berdasarkan volume, sebagian besar udara. Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dimungkinkan dengan kisi-kisi memungkinkan pencapaian arsitektur yang luar biasa ini.

Demikian pula, dalam desain produk, manfaat mekanis kisi (misalnya, luas permukaan yang tinggi, penyerapan goncangan yang sangat baik, perlindungan benturan) memberdayakan desainer produk untuk menentang batasan manufaktur tradisional untuk menciptakan produk baru — dan seringkali berkinerja lebih tinggi.

Rasio kekuatan terhadap berat yang baik

Umumnya ada dua jalur untuk meningkatkan rasio kekuatan-ke-berat dari bagian tertentu. Melalui manufaktur tradisional, hal ini dicapai dengan mengurangi material di area non-kritis untuk mengoptimalkan penggunaan material. Melalui kisi-kisi, Anda dapat menghilangkan material di area kritis bagian. Meskipun kisi mengurangi kekuatan keseluruhan bagian, penghematan berat dapat meningkatkan rasio kekuatan-terhadap-berat ini.

Luas permukaan tinggi

Kisi tidak hanya ringan, tetapi juga membuka sejumlah besar luas permukaan — manfaat utama untuk produk yang memfasilitasi pertukaran panas dan reaksi kimia.

Pertimbangkan penukar panas yang digunakan di komputer di server dan pusat data. Biasanya, kinerja prosesor dibatasi oleh jumlah panas yang dihasilkan. Tujuannya adalah untuk menghilangkan panas dari chip dan mengeluarkannya ke atmosfer, biasanya dibantu oleh kipas. Efisiensi keseluruhan sistem ini terkait dengan jumlah luas permukaan pada heat sink (potongan logam yang menarik panas dari chip). Kisi dapat secara dramatis meningkatkan jumlah luas permukaan yang tersedia atau, sebagai alternatif, menghasilkan jumlah luas permukaan yang lebih terjangkau dengan menghindari prosedur perkakas yang rumit. Faktanya, peningkatan efisiensi ini dapat diwujudkan pada berbagai jenis aplikasi penukar panas, di mana fitur kecil dengan area permukaan yang besar sulit atau hampir tidak mungkin dibuat tanpa manufaktur aditif.

Penyerap goncangan dan perlindungan benturan yang sangat baik

Kisi-kisi juga dapat membantu melindungi produk dari jatuh atau tabrakan dengan menyerap energi benturan dengan lebih baik. Kisi dapat diintegrasikan ke dalam produk —seperti helm sepak bola—untuk mengurangi tekanan benturan atau digunakan sebagai fitur pengorbanan untuk melindungi komponen penting dari suatu produk. Kisi dapat, misalnya, digunakan di sekitar atau di dalam komponen elektronik untuk melindunginya dari peristiwa dinamis, seperti jatuh yang tidak disengaja.

Peredam getaran dan kebisingan yang diinginkan

Kisi yang diproduksi secara aditif juga memberi insinyur cara baru untuk menghilangkan kebisingan mekanis — seperti getaran— yang dapat membuat pengguna tidak nyaman dan bahkan menurunkan kinerja alat berat.

Kisi-kisi efektif dalam meredam getaran karena kekakuannya yang rendah dan kemampuannya untuk menahan dan memulihkan regangan yang besar. Kisi-kisi dapat, misalnya, diintegrasikan ke dalam bantalan isolasi pada alat berat untuk mengurangi jumlah energi yang masuk ke sistem manufaktur. Sifat kisi yang dapat disesuaikan memungkinkan para insinyur menyempurnakan desain agar sesuai dengan aplikasi khusus mereka.

Buka potensi kisi dengan mengikuti prinsip DFAM

Memang benar bahwa manufaktur aditif dapat membuka banyak peluang produk baru, tetapi ada faktor desain yang perlu Anda ketahui sebelum mencetak kisi fungsional. Di sinilah desain untuk manufaktur aditif (DFAM ) masuk. DFAM membantu insinyur desain untuk memastikan bagian cetakan mereka sesuai dengan tujuan desain.

Beberapa pertimbangan DFAM penting termasuk struktur sel kisi, ukuran dan kepadatan sel, pemilihan material dan orientasi sel.

• Struktur sel
  Ada banyak sekali struktur sel, yang merupakan unit berulang dalam kisi. Daftar struktur sel sangat panjang dan terus bertambah. Struktur sel yang paling umum termasuk kubik, bintang, oktet, heksagonal, berlian dan tetrahedron, untuk beberapa nama. Struktur sel dapat disetel dan bahkan dicampur untuk mendapatkan respons yang diinginkan untuk sistem Anda, tetapi pilihan Anda memiliki implikasi. Beberapa struktur lebih efisien (rasio kekakuan terhadap berat lebih tinggi), yang lain meredam energi lebih baik, dan beberapa sedikit lebih estetis. Kekuatan dan keunggulan perlu dipertimbangkan satu sama lain untuk membuat pilihan yang tepat bagi Anda.
• Ukuran dan kepadatan sel
  Ukuran dan kepadatan sel mengacu pada ukuran sel satuan individu dan berapa banyak sel yang berulang dalam suatu ruang. Ukuran sel itu sendiri tergantung pada ketebalan dan panjang anggotanya dan simpul penghubung. Sel yang lebih besar dapat lebih mudah dicetak tetapi juga dapat bertindak lebih kaku; demikian juga, sel yang lebih kecil memungkinkan respons sistem yang lebih homogen tetapi dibatasi oleh ukuran fitur.

• Pilihan bahan
  Bahan pilihan Anda dapat menentukan sifat kisi mana yang memungkinkan. Bahan elastomer atau lunak umumnya membutuhkan populasi sel yang lebih kecil dan lebih padat untuk mengurangi melorot selama pencetakan. Atau, kisi yang dicetak dengan bahan yang lebih kaku umumnya memungkinkan rentang desain yang lebih besar dengan anggota yang lebih tipis dan ukuran sel yang lebih besar.
• Orientasi sel
  Sudut sel dicetak dapat mempengaruhi keberhasilan pencetakan karena mempengaruhi jumlah dan penempatan dukungan yang diperlukan. Secara umum, kisi yang dipilih dan berorientasi dengan baik adalah mandiri, yang tidak memerlukan dukungan terpisah. Seringkali, struktur dapat diputar untuk mengurangi dukungan. Pikirkan tentang rangka kubik besar — ​​jika dicetak langsung pada platform build, anggota horizontal tidak akan didukung. Namun, jika struktur hanya diputar 45 derajat, anggota sekarang mandiri.

Sel unit kisi yang berulang membuka pintu untuk atribut ukuran, bentuk, dan kinerja yang tak terhitung jumlahnya. Sifat kompleks yang melekat pada kisi membuat mereka hampir tidak mungkin dibuat dengan cara lain selain pembuatan aditif.

Jika Anda belum pernah mendesain dengan kisi-kisi sebelumnya, ada baiknya untuk memanfaatkan pakar yang dapat membantu Anda memulai. Di Fast Radius, tim kami mengkhususkan diri dalam memaksimalkan nilai total aditif, mulai dari mengembangkan produk berperforma lebih baik dengan kisi-kisi hingga mendorong efisiensi rantai pasokan melalui produksi sesuai permintaan dan pergudangan virtual. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang potensi nilai aditif —atau untuk mulai mendesain produk untuk proses AM— hubungi kami sekarang juga.

Siap membuat suku cadang Anda dengan Radius Cepat?

Mulai kutipan Anda