3D打印在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上帶來的輕量化可行性主要有四種方式:中空夾層/薄壁加筋結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、一體化結(jié)構(gòu)、異形拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外的3D打印設(shè)備廠商或服務(wù)商在制造輕量化零部件方面展開了探索,下面為大家介紹3D打印中空夾層薄壁加筋結(jié)構(gòu)。
3D打印的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是輕量化的一大貢獻(xiàn)者,通過消除不必要的材料,同時(shí)為剛性要求高的部分提供更堅(jiān)實(shí)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),減少材料浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)輕量化結(jié)構(gòu)零件時(shí),需要結(jié)合整個(gè)零件的功能實(shí)現(xiàn),綜合考慮空隙精度、空隙率、空隙形狀、空隙大小、孔分布以及相互之間連通性等因素。
輕量化的設(shè)計(jì)不僅僅通過減少材料的浪費(fèi)來降低構(gòu)件的成本,且由于較短的構(gòu)建時(shí)間,加工成本也降低了(考慮到增材制造設(shè)備的使用壽命與折舊因素)
除了減重,點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)也可以帶有功能性的作用,包括能量吸收、熱絕緣、熱交換、生物相容這樣的功能。一個(gè)有前途的應(yīng)用領(lǐng)域是能量的吸收,點(diǎn)陣有兩種動(dòng)態(tài)屬性,其中一種是壓縮屬性,另一種是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的彈性屬性。在加載了沖擊之后,彈性和壓縮行為表現(xiàn)出了快速的集體反應(yīng)。通過對(duì)點(diǎn)陣材料的定制化設(shè)計(jì),特別是針對(duì)應(yīng)用的具體需要,可精確設(shè)計(jì)制造特殊的點(diǎn)陣材料。
3D打印技術(shù)能夠逐漸挑起點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)制造的人梁主要得益于兩方而特殊優(yōu)勢(shì)一方面是3D打印技術(shù)對(duì)復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)制造能力,這些細(xì)節(jié)包括點(diǎn)陣的空隙精度,空隙率,空隙形狀、大小、分布以及相互之間的連通性。
另一方面是3D打印適合制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu),在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可以將點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與常規(guī)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)整合在一個(gè)零件上,由3D打印機(jī)整體制造出來,不僅僅從整體外觀上與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)區(qū)?開來,在產(chǎn)品的局部結(jié)構(gòu)上也能實(shí)現(xiàn)更加靈活的構(gòu)造,進(jìn)一步減輕重量,并通過點(diǎn)陣的細(xì)觀結(jié)構(gòu)滿足不同位置力學(xué)性能的要求。
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郭生
