Menguasai Struktural Jaring 3D Printed: Desain, Properti, dan Wawasan Performa

Proses manufaktur aditif (AM) memungkinkan insinyur untuk membuka kemampuan struktur jaring untuk meningkatkan performa produk mereka. Jaring adalah mikro-arsitektur dua atau tiga dimensi yang terdiri dari jaringan simpul dan balok, atau strut, yang secara dramatis mengurangi bobot dan mempertahankan integritas struktural.

Ada berbagai macam jenis jaring yang tersedia

Ada berbagai macam jenis jaring yang tersedia yang memiliki karakteristik unik (mode deformasi, efisiensi materi, dll.) dan estetika. Banyak struktur jaring ini terinspirasi oleh struktur kristal yang terjadi secara alami. Dan karena fitur yang sangat kecilnya, jaring sulit —atau hampir tidak mungkin— dibuat melalui metode manufaktur konvensional.

Integrasi struktur jaring memungkinkan insinyur untuk menjelajahi lebih banyak ruang desain dengan memikirkan ulang kinerja yang diinginkan dari bagian mereka.

Dengan teknik latticing, massa bagian secara keseluruhan dapat dikurangi 90% atau lebih dengan menyesuaikan parameter jaring secara tepat dengan beban fisik pada bagian.

Manfaat Mekanis

Manfaat jaring telah diketahui sejak lama. Jika Anda melihat dengan cukup cermat, Anda akan melihat jaring di alam (seperti tulang, kristalografi logam, dll.) serta arsitektur modern. Contoh Menara Eiffel: Struktur logam menara mendukung bobotnya secara efisien saat mencapai langit. Mirip dengan jaring sederhana, struktur yang mandiri ini secara volume sebagian besar udara. Rasio kekuatan terhadap bobot yang tinggi yang mungkin dengan jaring mengizinkan pencapaian arsitektur yang luar biasa ini.

Demikian pula, dalam desain produk, manfaat mekanis jaring (misalnya, luas permukaan yang tinggi, penyerapan getaran yang luar biasa, perlindungan ledakan) memberdayakan desainer produk untuk menantang batasan manufaktur tradisional untuk menciptakan produk baru —dan sering kali berkinerja lebih tinggi—.

Rasio Kekuatan terhadap Bobot yang Baik

Secara umum, ada dua jalur untuk meningkatkan rasio kekuatan terhadap bobot dari bagian tertentu. Melalui manufaktur tradisional, ini dicapai dengan mengurangi bahan di area non-kritis untuk mengoptimalkan penggunaan bahan. Melalui latticing, Anda dapat menghapus bahan di area kritis bagian. Meskipun latticing mengurangi kekuatan keseluruhan bagian, penghematan bobot dapat meningkatkan rasio kekuatan terhadap bobot ini.

Luas Permukaan yang Tinggi

Jaring tidak hanya ringan, tetapi mereka membuka sejumlah besar luas permukaan — manfaat kunci untuk produk yang memfasilitasi pertukaran panas dan reaksi kimia.

Pertimbangkan penukar kalor yang digunakan dalam komputer di server dan pusat data. Biasanya, kinerja prosesor dibatasi oleh jumlah panas yang dihasilkan. Tujuan adalah untuk menghapus panas dari chip dan mengeluarkannya ke atmosfer, biasanya dibantu oleh kipas. Efisiensi keseluruhan sistem ini terhubung dengan luas permukaan pada pendingin (potongan logam yang menarik panas dari chip). Jaring dapat secara dramatis meningkatkan jumlah luas permukaan yang tersedia atau, alternatifnya, memproduksi jumlah luas permukaan tersebut dengan lebih terjangkau dengan menghindari prosedur perkakas yang kompleks. Faktanya, keuntungan efisiensi ini dapat direalisasikan pada banyak aplikasi penukar kalor yang berbeda, di mana fitur kecil dengan luas permukaan besar sulit atau hampir tidak mungkin dibuat tanpa manufaktur aditif.

Penyerapan Getaran dan Perlindungan Ledakan yang Luar Biasa

Jaring juga dapat membantu melindungi produk dari jatuhan atau tabrakan dengan lebih baik menyerap energi ledakan. Jaring dapat diintegrasikan ke dalam produk —seperti helm sepak bola— untuk mengurangi stres ledakan atau digunakan sebagai fitur pengorbanan untuk melindungi komponen kritis produk. Sebuah jaring, misalnya, dapat digunakan di sekitar atau di dalam komponen elektronik untuk melindunginya dari peristiwa dinamis, seperti kecelakaan jatuh yang terlalu umum.

Pengedaman Getaran dan Kebisingan yang Diinginkan

Jaring yang diproduksi secara aditif juga memberikan insinyur cara baru untuk menghilangkan kebisingan mekanik — seperti getaran— yang dapat tidak nyaman bagi pengguna dan bahkan merusak kinerja mesin.

Jaring efektif dalam mengedem getaran karena kekakuan rendah dan kemampuan untuk menahan dan pulih dari regangan besar. Jaring, misalnya, dapat diintegrasikan ke dalam alas isolasi pada peralatan berat untuk mengurangi jumlah energi yang masuk ke sistem manufaktur. Sifat yang dapat disesuaikan dari jaring memungkinkan insinyur untuk menyempurnakan desain agar sesuai dengan aplikasi khusus mereka.

Buka Potensi Jaring dengan Mematuhi Prinsip DFAM

Benar bahwa manufaktur aditif dapat membuka banyak peluang produk baru, tetapi ada faktor desain yang perlu Anda akui sebelum mencetak jaring fungsional. Inilah desain untuk manufaktur aditif (DFAM) berperan. DFAM membantu desainer insinyur untuk memastikan bagian yang dicetak mereka cocok dengan niat desain.

Beberapa pertimbangan DFAM penting meliputi struktur sel jaring, ukuran dan densitas sel, pemilihan materi, dan orientasi sel.

• Struktur Sel
  Ada berbagai macam struktur sel, yang merupakan unit yang diulang dalam jaring. Daftar struktur sel sangat panjang dan terus berkembang. Struktur sel yang paling umum termasuk kubik, bintang, oket, heksagonal, berlian, dan tetrahedron, untuk menyebut beberapa. Struktur sel dapat disesuaikan dan bahkan dicampur untuk mendapatkan respons yang diinginkan untuk sistem Anda, tetapi pilihan Anda memiliki implikasi. Beberapa struktur lebih efisien (rasio kekakuan terhadap bobot yang lebih tinggi), yang lain menyedot energi lebih baik, dan beberapa sedikit lebih estetis. Kekuatan dan keuntungan harus ditimbang satu sama lain untuk membuat pilihan yang tepat untuk bagian Anda.
• Ukuran dan Densitas Sel
  Ukuran dan densitas sel merujuk pada ukuran unit sel individu dan berapa banyak sel yang diulang dalam ruang. Ukuran sel itu sendiri bergantung pada ketebalan dan panjang anggota serta simpul yang menghubungkannya. Sel yang lebih besar dapat lebih mudah dicetak tetapi juga dapat bertindak lebih kaku; demikian pula, sel yang lebih kecil memungkinkan respons sistem yang lebih homogen namun terbatas oleh ukuran fitur.

• Pemilihan Bahan
  Bahan yang Anda pilih dapat menentukan properti jaring apa yang mungkin. Bahan elastomerik atau lunak umumnya memerlukan populasi sel yang lebih kecil dan lebih padat untuk mengurangi keredaman selama cetak. Alternatifnya, jaring 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 cetak karena mempengaruhi jumlah dan tempat pendukung yang diperlukan. Secara umum, jaring yang dipilih dan diorientasi dengan baik mandiri, yang tidak memerlukan pendukung terpisah. Seringkali, struktur dapat diputar untuk mengurangi pendukung. Pikirkan tentang truss kubik besar — jika dicetak langsung pada platform bangunan, anggota horizontal akan tidak didukung. Namun, jika struktur diputar 45 derajat, anggota sekarang mandiri.

Unit sel yang diulang jaring membuka pintu untuk ukuran, bentuk, dan atribut performa yang tak terhitung jumlahnya. Sifat kompleks bawaan jaring membuatnya hampir tidak mungkin dibuat dengan cara lain selain manufaktur aditif.

Jika Anda belum pernah merancang dengan jaring sebelumnya, bisa baik untuk memanfaatkan ahli yang dapat membantu Anda memulai. Di Fast Radius, tim kami berfokus pada memaksimalkan nilai total manufaktur aditif, dari mengembangkan produk yang berkinerja lebih baik dengan jaring hingga mendorong efisiensi rantai pasok melalui produksi on-demand dan gudang virtual. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang nilai potensial manufaktur aditif —atau untuk mulai merancang produk untuk proses AM— hubungi kami hari ini.

Siap membuat bagian Anda dengan Fast Radius?

Start your quote