Bagaimana struktur kisi cetak 3D dapat meningkatkan bagian

Struktur kisi cetak 3D adalah salah satu nilai jual terbesar dari manufaktur aditif. Mereka mudah dibuat menggunakan proses unik pencetakan 3D, dan ada banyak manfaat praktis untuk menggunakannya.

Struktur kisi pada dasarnya adalah pola pengisi — cara menyusun geometri internal dari bagian cetakan 3D. Alih-alih mencetak 3D balok plastik atau logam padat, para insinyur dapat menggunakan pola yang tumpang tindih dan saling terkait yang sebagian berongga. Jika kisi-kisi ini dirancang dengan benar, kisi-kisi ini dapat sangat meningkatkan sifat mekanik suatu bagian, membuatnya lebih ringan dan lebih kuat.

Yang penting, struktur kisi dapat dibuat pada printer 3D kelas profesional mana pun. Dan yang lebih penting lagi, struktur ini tidak dapat diproduksi secara memadai menggunakan teknologi manufaktur lainnya. Teknologi subtraktif tidak dapat memotong bagian dalam suatu bagian tanpa memotong bagian luarnya, sementara cetakan hanya "diisi" dengan bahan cair — Anda tidak dapat memilih bagaimana bahan cair itu jatuh ke tempatnya seperti yang Anda bisa dengan printer 3D.

Artikel ini membahas bagaimana struktur kisi cetak 3D dibuat, dan mengapa struktur tersebut menjadi sangat berguna di tempat-tempat seperti industri kedirgantaraan.

Bagaimana cara membuat kisi cetak 3D?

Struktur kisi dapat dilihat di mana-mana di tempat-tempat seperti jembatan dan rumah kayu. Menara Eiffel mungkin adalah contoh paling terkenal di dunia dari struktur kisi atau rangka, dengan balok yang tumpang tindih membentuk struktur yang stabil tetapi sebagian besar berongga.

Dimungkinkan untuk mereplikasi struktur seperti itu dalam bagian cetakan 3D. Dan pada umumnya tidak perlu mendesain kerangka kisi secara manual:ada beberapa alat pembuat kisi yang secara otomatis menghasilkan pola kisi berdasarkan parameter yang dipilih oleh pengguna. Alat yang tersedia secara komersial termasuk topologi, Autodesk Within, dan Meshify.

Tetapi tidak semua kisi sama. Faktanya, struktur kisi bervariasi dalam banyak hal, dengan variasi kunci yang dijelaskan di bawah ini.

Struktur sel

Sel adalah unit individu yang membentuk struktur kisi. Ini biasanya dikenali sebagai bentuk geometris seperti kubus, bintang, segi enam, segi delapan, dll, meskipun beberapa bentuk dapat digabungkan untuk penggunaan mekanis tertentu. Terkadang sel-selnya sama sekali tidak seragam, tanpa pola yang terlihat.

Pada akhirnya, struktur sel — baik bentuk maupun ukurannya — memengaruhi bagaimana suatu bagian akan berperilaku dalam hal kekuatan, berat, elastisitas, dan faktor lainnya.

Orientasi sel

Memutuskan struktur dan ukuran sel hanyalah setengah dari cerita. Bentuk dalam kisi dapat diorientasikan dengan cara yang berbeda, yang juga mempengaruhi kinerja akhir bagian tersebut. Orientasi juga harus ditentukan oleh batasan pencetakan:orientasi tertentu akan membutuhkan lebih banyak struktur pendukung, misalnya.

Bahan kisi

Tidak semua bahan mampu mencetak semua struktur kisi. Bahan lunak dan elastis umumnya tidak boleh dicetak dengan struktur sel besar, karena bagian berpori besar dapat membuat bagian melorot. Dalam kebanyakan kasus, bahan kisi akan sama dengan cangkang atau bahan eksternal, tetapi printer multi-ekstrusi menawarkan beberapa fleksibilitas dalam hal ini.

Apa manfaat kisi cetak 3D?

Dengan menggabungkan struktur kisi ke dalam bagian cetakan 3D, para insinyur dapat memperoleh manfaat seperti pengurangan berat, peningkatan kekuatan bagian, dan penyerapan goncangan.

Pengurangan berat mungkin merupakan manfaat yang paling penting dan alasan utama mengapa para insinyur sangat ingin mengoptimalkan struktur cetakan mereka dengan geometri internal berpola. Fitur utama dari struktur kisi adalah kekosongan parsialnya:sel berisi ruang kosong, sehingga selain pola kisi internal, fitur material keseluruhan lebih sedikit daripada bagian setara dengan pengisi padat.

Lebih sedikit bahan keseluruhan berarti lebih sedikit massa, yang merupakan keuntungan besar bagi pengguna AM di industri seperti otomotif dan dirgantara, di mana mencukur hanya beberapa gram dapat membuat perbedaan besar pada kinerja sebagian. Faktanya, beberapa penelitian kisi yang paling menarik sedang berlangsung di luar angkasa, di mana perusahaan seperti Boeing telah mengembangkan bahan kisi canggih yang sangat ringan.

Lebih sedikit materi juga berarti lebih sedikit pengeluaran. Dengan membuat suku cadang dengan struktur kisi, para insinyur dapat membuat suku cadang unggul yang sebenarnya lebih murah daripada suku cadang inferior.

Tetapi inti dari struktur kisi adalah untuk mengurangi massa tanpa mengorbankan integritas bagian. Meskipun membuat lubang sembarang di suatu bagian dapat membuatnya lebih rapuh dan lebih mudah pecah, struktur kisi cetak 3D dirancang untuk menggunakan material dengan cara seefektif mungkin secara struktural, memastikan bagian yang berlubang bukanlah kerentanan, tetapi kekuatan itu sendiri.

Bagian berongga sebagian dengan struktur kisi sebenarnya bisa lebih kuat dari padatan padatnya, karena ruang kosong dalam kisi berfungsi untuk meningkatkan penyerapan goncangan dan mengurangi tegangan benturan. Bagian dengan struktur kisi sel besar bisa sangat fleksibel dan elastis, mengurangi kerapuhan dan kemungkinan patah.

Yang kurang penting tetapi tetap menonjol adalah estetika kisi-kisi. Pola kompleks ini adalah beberapa bentuk paling mengesankan yang dapat dibuat oleh para insinyur dengan printer 3D, sehingga bagian-bagian dengan kisi-kisi yang dicetak sering kali menarik secara visual sekaligus praktis.

Manfaat ringkasan kisi cetak 3D:

• Ringan
• Penggunaan material yang lebih sedikit
• Kuat
• Menyerap goncangan
• Estetika

Dapatkah mesin CNC membuat struktur kisi?

Singkatnya, tidak. Mesin CNC dan teknologi manufaktur subtraktif lainnya tidak dapat membuat struktur kisi 3D karena mereka menggunakan alat pemotong untuk menghilangkan material dari balok padat. Mesin CNC dapat memotong bagian berongga dari baris pertama sel kisi, tetapi alat pemotong kemudian akan menemui jalan buntu. Itu tidak dapat memotong baris berikutnya dari bagian berongga karena bagian padat menghalangi.

Printer 3D tidak mengalami masalah ini karena membuat bagian dalam irisan atau penampang, membangunnya dari nol daripada memotongnya dari blok padat. Oleh karena itu, manufaktur aditif jauh dari teknologi manufaktur terbaik untuk membuat struktur kisi.

Namun, perhatikan bahwa mesin CNC dapat secara efektif membuat struktur kisi 2D seperti kisi-kisi, dan kisi khusus mesin CNC ini mungkin, sebenarnya, lebih kuat daripada kisi cetak 3D.

Apa aplikasi praktis dari kisi cetak 3D?

Struktur kisi cetak 3D sudah memiliki aplikasi di banyak industri, karena para insinyur dan perancang produk di seluruh spektrum komersial terus mencari cara untuk meringankan dan memperkuat suku cadang.

Penurunan berat badan sangat penting di aerospace dan otomotif industri karena bagian berat umumnya mengurangi kecepatan kendaraan dan menyebabkan penggunaan bahan bakar yang lebih besar. Oleh karena itu, suku cadang yang ringan jauh lebih diinginkan.

Mengingat bahwa struktur rangka telah ada dalam arsitektur selama ratusan tahun, tidak mengherankan jika versi miniatur kisi juga menjadi populer di arsitektur saat ini. lanskap. Dan karena struktur kisi dapat direkayasa dengan tepat, para peneliti bahkan menemukan cara untuk membuat pola 3D yang mengurangi kebisingan, yang berpotensi meningkatkan bahan isolasi untuk bangunan.

Kisi cetak 3D juga ditemukan di pakaian dan alas kaki , dengan perusahaan seperti Adidas menggunakan kisi elastomer cetak 3D untuk sol tengah sepatu kets. Kisi-kisi ini memberikan bantalan ringan dengan pantulan yang sangat besar — ​​jauh lebih baik dan lebih dapat dibenarkan secara ilmiah daripada “gelembung udara” yang ada di mana-mana pada tahun 1990-an.

Kisi cetak 3D dengan 3ERP

3ERP adalah penyedia prototip dan suku cadang cetak 3D yang berpengalaman, dan kami mampu memproduksi suku cadang kisi berkualitas tinggi untuk berbagai aplikasi.

Layanan manufaktur aditif kami meliputi FDM, SLA, SLS, dan SLM, yang semuanya dapat digunakan untuk membuat geometri internal yang kompleks.

Hubungi kami untuk penawaran cepat.