Merancang Struktur Lattice 3D: Prinsip, Mekanika, dan Aplikasi

Struktur lattice adalah pola berulang yang, ketika terhubung, membentuk bentuk tiga dimensi. Dalam konteks manufaktur aditif, struktur lattice yang dapat mematuhi membuka kemungkinan desain produk yang menarik saat para desainer memanfaatkan teknologi cetak 3D untuk menciptakan bentuk dan bagian yang sebelumnya ‘tidak dapat dibuat’. Saat dibuat dari elastomer, struktur lattice cetak 3D sangat dapat berubah bentuk dan properti mekaniknya memungkinkan untuk diatur melalui rentang respons yang luas, dan digunakan dalam spektrum industri.

Namun, merancang struktur lattice 3D yang dapat mematuhi memerlukan keahlian manufaktur—bukan disebutkan alat perangkat lunak yang tepat. Di Fast Radius, kami telah merancang dan menguji struktur lattice cetak 3D untuk berbagai produk dan aplikasi. Kami telah menggunakan simulasi komputer untuk menciptakan perpustakaan data yang besar, mengklasifikasikan berbagai struktur lattice, dan properti mekaniknya.

Jika Anda sedang mencari jenis struktur lattice 3D yang tepat untuk proyek manufaktur Anda, sangat penting untuk memahami bagaimana elemen desain yang berbeda akan mempengaruhi respons mekanis bagian akhir Anda. Dengan itu dalam pikiran, untuk membantu Anda menjelajahi potensi manufaktur aditif proyek Anda, kami telah menyatukan panduan singkat tentang elemen desain lattice 3D kunci—bersama dengan empat contoh struktur lattice yang dapat mematuhi yang dipilih dari perpustakaan kami.

Elemen desain kunci untuk struktur lattice 3D elastomer

Proyek struktur lattice 3D elastomer umumnya mempertimbangkan beberapa atau semua empat elemen desain berikut:

• Geometri: Geometri suatu lattice merujuk pada ukuran fisik dan bentuk komponennya—dan bagaimana pola mereka disusun di seluruh struktur suatu bagian. Di tempat mereka diulang, satuan tunggal dalam struktur suatu lattice dikenal secara kolektif sebagai sel satuan—merujuk pada cara struktur lattice terinspirasi dari struktur seluler dan kristal yang dilihat di alam.
• Kekakuan/modulus: Kekakuan, atau modulus, dari suatu lattice merujuk pada gaya yang diperlukan untuk merusak strukturnya. Modulus biasanya didefinisikan untuk deformasi kecil ketika respons lattice sepenuhnya elastis.
• Respons lentur: Respons lentur menggambarkan cara suatu lattice melahang, dan tergantung pada ketidakstabilan struktural elemen lattice saat mereka merusak. Tidak semua struktur lattice menunjukkan lentur—dan lentur tidak selalu merupakan fitur yang diinginkan.
• Dissipasi energi: Dissipasi energi dari suatu struktur lattice merujuk pada kemampuannya untuk menyerap energi saat dirusak.

Contoh jenis struktur lattice cetak 3D

Struktur lattice kubus sederhana 3D

Struktur lattice Kubus Sederhana ini memiliki ukuran sel satuan 7,5 mm dan lebar balok 2 mm. Modulusnya adalah 0,72 MPa.

Respons lentur: Struktur dari struktur lattice Kubus Sederhana ini menunjukkan ketidakstabilan lentur. Setelah regangan sekitar 0,05, modulus konstan pada tekanan plat 25 kPa. Deformasi tambahan tidak meningkatkan modulus.

Dissipasi energi: Struktur lattice Kubus Sederhana memiliki perilaku lentur inelastis yang menghasilkan respons yang berbeda saat dimuat dan dibongkar. Perilaku inelastis dapat digunakan untuk banyak tujuan, termasuk dissipasi energi.

Aplikasi: Respons lentur dari struktur lattice Kubus Sederhana ini menghasilkan ambang gaya yang menjadikannya calon yang baik untuk aplikasi perlindungan pribadi dan untuk melindungi komponen sensitif. Jenis lattice ini juga efektif untuk mengisi celah di antara komponen dalam rangkaian.

Struktur lattice sel Kelvin 3D

Struktur lattice sel Kelvin ini memiliki ukuran sel satuan 10 mm dan lebar balok 2 mm. Modulusnya adalah 0,44 MPa.

Respons lentur: Berbeda dengan struktur lattice Kubus Sederhana, struktur lattice sel Kelvin memiliki titik lentur rendah, yang berarti baloknya meregang sebagai respons terhadap gaya. Struktur lattice sel Kelvin tidak memiliki plat dan terus terkompresi dengan kekakuan elastis sederhana sampai sepenuhnya terkompaksi.

Dissipasi energi: Struktur lattice sel Kelvin menyimpan energi dengan deformasi elastisnya, dan kembali ke bentuk aslinya dengan cepat, seperti pegas, saat gaya dihilangkan.

Aplikasi: Struktur lattice sel Kelvin adalah calon yang baik untuk pengganti busa dalam produk di bawah kompresi statis seperti bantal kursi atau bantal badan. Dengan sel heksagonal yang rumit, struktur lattice kelvin cukup menarik secara visual, menjadikannya opsi untuk aplikasi estetika dan fashion.

Struktur lattice Body-Centered 3D

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

Respons lentur: Struktur lattice Body-Centered memiliki respons peregangan, yang berarti ia bereaksi dengan gaya yang meningkat per unit perpindahan sampai sepenuhnya terkompaksi. Modulusnya jauh lebih rendah dibandingkan dengan struktur lattice Kubus Sederhana, dan ia tidak memiliki tekanan plat.

Dissipasi energi: Seperti satuan Kelvin, struktur lattice Body-Centered menyimpan energi dengan deformasi elastisnya dan kembali ke bentuk aslinya seperti pegas saat gaya dihilangkan.

Aplikasi: Dengan respons elastis regangan tinggi, struktur lattice Body-Centered adalah calon yang baik untuk pengganti busa dalam produk di bawah kompresi statis. Strut-sreng yang berujung ke pusat sel membuat responnya merata dan konsisten.

Struktur lattice Kubus Body-Centered (BCC) 3D

Struktur lattice Kubus Body-Centered (BCC) menggabungkan struktur lattice Body-Centered dan Kubus Sederhana dalam satu struktur. Struktur lattice ini memiliki ukuran sel satuan 7,5 mm, dan lebar balok 1 mm. Modulusnya adalah 0,23 MPa—yang lebih tinggi dari struktur lattice Kubus Sederhana dan Kubus Body-Centered yang disebutkan di atas.

Respons lentur: Karena struktur lattice BCC menggabungkan dua jenis struktur lattice cetak 3D, responsnya adalah kombinasi keduanya. Struktur lattice ini lentur seperti struktur lattice Kubus Sederhana dengan tekanan plat (0,12 MPa) tetapi memiliki perilaku pasca-lentur yang lebih stabil.

Dissipasi energi: Karena struktur lattice BCC menggabungkan respons elastis dan lentur, mungkin untuk menyesuaikan penyimpanan dan dissipasi energi untuk melayani aplikasi spesifik.

Aplikasi: Struktur lattice BCC sangat berguna untuk aplikasi yang mendapat manfaat dari respons elastis dan lentur yang disesuaikan. Ini juga bekerja baik ketika suatu produk membutuhkan dissipasi energi dengan respons yang lebih stabil daripada lentur murni yang terlihat dalam struktur lattice Kubus Sederhana.

Buat hal baru menjadi mungkin dengan Fast Radius

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

Siap membuat bagian Anda dengan Fast Radius?