Struktur kisi 3D:Elemen desain dan respons mekanis

Struktur kisi adalah pola berulang yang, ketika dihubungkan, membentuk bentuk tiga dimensi. Dalam konteks manufaktur aditif, struktur kisi yang sesuai membuka kemungkinan desain produk yang menarik karena desainer memanfaatkan teknologi pencetakan 3D untuk membuat bentuk dan bagian yang sebelumnya 'tidak dapat dibuat'. Ketika dibuat dari elastomer, struktur kisi cetak 3D sangat dapat dideformasi dan sifat mekaniknya memungkinkannya untuk disetel pada berbagai respons, dan digunakan dalam spektrum industri.

Namun, merancang struktur kisi 3D yang sesuai membutuhkan keahlian manufaktur – belum lagi perangkat lunak yang tepat. Di Fast Radius, kami telah merancang dan menguji struktur kisi cetak 3D untuk berbagai macam produk dan aplikasi yang berbeda. Kami telah menggunakan simulasi komputer untuk membuat perpustakaan data yang besar, mengklasifikasikan struktur kisi yang berbeda, dan sifat mekaniknya.

Jika Anda mencari jenis struktur kisi 3D yang tepat untuk proyek manufaktur Anda, penting bagi Anda untuk memahami bagaimana elemen desain yang berbeda akan memengaruhi respons mekanis dari bagian akhir Anda. Dengan mengingat hal itu, untuk membantu Anda menjelajahi potensi manufaktur aditif proyek Anda, kami telah menyusun panduan singkat untuk elemen desain kisi 3D utama – bersama dengan empat contoh struktur kisi yang sesuai yang dipilih dari perpustakaan kami.

Elemen desain utama untuk struktur kisi 3D elastomer

Proyek struktur kisi 3D elastomer biasanya mempertimbangkan beberapa atau semua dari empat elemen desain berikut:

• Geometri: Geometri kisi mengacu pada ukuran fisik dan bentuk komponennya – dan bagaimana polanya tersusun di seluruh struktur bagian. Di mana mereka diulang, unit tunggal dalam struktur kisi dikenal secara kolektif sebagai sel unit – mengacu pada cara struktur kisi terinspirasi oleh struktur seluler dan kristal yang terlihat di alam.
• Kekakuan/modulus: Kekakuan, atau modulus, dari kisi mengacu pada gaya yang dibutuhkan untuk merusak strukturnya. Modulus biasanya ditentukan untuk deformasi kecil ketika respons kisi sepenuhnya elastis.
• Tanggapan tekuk: Respon tekuk menggambarkan cara struktur kisi menghasilkan, dan tergantung pada ketidakstabilan struktural elemen kisi saat mereka berubah bentuk. Tidak semua struktur kisi menunjukkan tekuk – dan tekuk tidak selalu merupakan fitur yang diinginkan.
• Pembuangan energi: Disipasi energi struktur kisi mengacu pada kemampuannya untuk menyerap energi saat sedang mengalami deformasi.

Contoh jenis struktur kisi cetak 3D

Struktur kisi 3D kubik sederhana

Kisi Kubik Sederhana ini memiliki ukuran sel satuan 7,5 mm dan lebar rangka 2 mm. Modulusnya adalah 0,72 MPa.

Tanggapan tekuk: Struktur kisi Kubik Sederhana ini menunjukkan ketidakstabilan tekuk. Setelah regangan sekitar 0,05, modulus konstan pada dataran tegangan 25 kPa. Deformasi tambahan tidak meningkatkan modulus.

Pembuangan energi: Kisi Kubik Sederhana memiliki perilaku tekuk inelastis yang menghasilkan respons yang berbeda ketika sedang dimuat dan dibongkar. Perilaku inelastis dapat digunakan untuk berbagai tujuan, termasuk disipasi energi.

Aplikasi: Respon tekuk kisi Kubik Sederhana ini menghasilkan ambang gaya yang menjadikannya kandidat yang baik untuk aplikasi perlindungan pribadi dan untuk melindungi komponen sensitif. Jenis kisi ini juga efektif untuk mengisi celah antar komponen dalam rakitan.

Struktur kisi 3D sel Kelvin

Kisi sel Kelvin ini memiliki ukuran sel satuan 10 mm dan lebar rangka 2 mm. Modulusnya adalah 0,44 MPa.

Tanggapan tekuk: Berbeda dengan kisi Kubik Sederhana, struktur kisi sel Kelvin memiliki titik tekuk yang rendah, yang berarti bahwa baloknya meregang sebagai respons terhadap gaya. Kisi sel Kelvin tidak memiliki dataran tinggi dan terkompresi terus menerus dengan kekakuan elastis sederhana sampai benar-benar dipadatkan.

Pembuangan energi: Kisi sel Kelvin menyimpan energi dengan deformasi elastisnya, dan kembali ke bentuk aslinya dengan cepat, seperti pegas, ketika gaya dihilangkan.

Aplikasi: Kisi sel Kelvin adalah kandidat yang baik untuk penggantian busa pada produk di bawah kompresi statis seperti bantalan kursi atau bantalan tubuh. Dengan sel heksagonal yang rumit, kisi sel Kelvin cukup mencolok secara visual, menjadikannya pilihan untuk aplikasi estetika dan mode.

Struktur kisi 3D yang berpusat pada tubuh

Kisi Body-Centered ini memiliki ukuran sel satuan 10 mm dan lebar rangka 2 mm. Modulusnya adalah 0,07 MPa.

Tanggapan tekuk: Struktur kisi Body-Centered memiliki respons peregangan, artinya ia merespons dengan peningkatan gaya per unit perpindahan hingga dipadatkan sepenuhnya. Modulusnya jauh lebih rendah dibandingkan dengan kisi Kubik Sederhana, dan tidak memiliki tegangan dataran tinggi.

Pembuangan energi: Seperti satuan Kelvin, kisi Body-Centered menyimpan energi dengan deformasi elastisnya dan kembali ke bentuk aslinya seperti pegas ketika gaya dihilangkan.

Aplikasi: Dengan respons elastis regangan tinggi, kisi Body-Centered adalah kandidat yang baik untuk penggantian busa pada produk di bawah kompresi statis. Penyangga bersudut yang mengarah ke tengah sel membuat responsnya merata dan konsisten.

Struktur kisi 3D Body-Centered Cubic (BCC)

Kisi Body-Centered Cubic (BCC) menggabungkan kisi Body-Centered dan kisi Kubik Sederhana dalam satu struktur. Kisi ini memiliki ukuran sel satuan 7,5 mm, dan lebar rangka batang 1 mm. Modulusnya adalah 0,23 MPa – yang lebih tinggi dari kisi Kubik Sederhana dan Kubik Berpusat pada Tubuh yang tercantum di atas.

Tanggapan tekuk: Karena kisi BCC menggabungkan dua jenis kisi cetak 3D, responsnya adalah kombinasi keduanya. Kisi ini menekuk seperti kisi Kubik Sederhana dengan tegangan dataran (0,12 MPa) tetapi memiliki perilaku pasca tekuk yang lebih stabil.

Pembuangan energi: Karena kisi BCC menggabungkan respons elastis dan tekuk, dimungkinkan untuk menyesuaikan penyimpanan dan disipasi energi untuk melayani aplikasi tertentu.

Aplikasi: Kisi BCC sangat berguna untuk aplikasi yang mendapat manfaat dari respons elastis dan tekuk yang disesuaikan. Ini juga bekerja dengan baik ketika suatu produk membutuhkan disipasi energi dengan respons yang lebih stabil daripada tekuk murni yang terlihat pada kisi Kubik Sederhana.

Buat hal baru menjadi mungkin dengan Radius Cepat

Empat struktur yang disorot di atas hanya menggores permukaan dari apa yang mungkin dengan desain struktur kisi 3D elastomer. Untuk mempelajari lebih lanjut, jelajahi studi kasus kami dan cari tahu bagaimana perusahaan seperti Rawlings dan Steelcase menciptakan produk baru yang inovatif menggunakan struktur kisi cetak 3D. Jika Anda siap untuk memulai proyek pencetakan 3D Anda sendiri, hubungi kami hari ini dan buat proyek Anda berikutnya menjadi mungkin.

Siap membuat suku cadang Anda dengan Radius Cepat?

Mulai kutipan Anda