Qué es una estructura reticular en impresión 3D
Estructuras reticulares en impresión 3D, Cómo generar estructuras reticulares y Ventajas de las estructuras reticulares. Más información
Introducción
La impresión 3D es conocida por la ligereza y resistencia de sus piezas. Las estructuras reticulares en impresión 3D se utilizan para crear diseños ligeros con intrincados patrones geométricos repetitivos como estructuras de soporte. Las celosías pueden imprimirse como estructuras de soporte internas o como componentes independientes. Estas estructuras también pueden utilizarse para aumentar la superficie de un objeto y mejorar la adherencia y la resistencia. Estas complejas estructuras geométricas de soporte sólo son posibles en los procesos de impresión 3D.
En este artículo se analizan los pros y los contras de las estructuras reticulares para la impresión 3D.
¿Qué es una estructura reticular para impresión 3D?
Una estructura reticular es una estructura de soporte impresa en 3D con una composición interna de varios nodos reticulares entrelazados, también denominados "celdas". Esta estructura se utiliza a menudo para aligerar las piezas y absorber los impactos de forma más eficaz. El diseño geométrico proporciona resistencia y rigidez a los objetos impresos en 3D al tiempo que minimiza la cantidad de material y el tiempo necesarios para fabricarlos.
El concepto se basa en diseños naturales como panales, telas de araña, caparazones de langosta y esponjas de sílice. Mecanizar estas geometrías era imposible a pequeña escala. Los únicos ejemplos viables que pueden conseguirse son proyectos de construcción masiva, como puentes y edificios de acero.
En el sector de la impresión 3D, comprender cómo utilizar y crear estas estructuras es muy valioso para los ingenieros de producto y los diseñadores industriales. Las estructuras reticulares reducen significativamente la masa de una pieza y tienen innumerables aplicaciones en las industrias automovilística y aeroespacial, donde la reducción de masa en las piezas se traduce directamente en una mejora de la eficiencia del combustible. Otros sectores en los que se utilizan a menudo las estructuras reticulares son los implantes médicos, las prótesis y otras aplicaciones en las que el peso, la resistencia, la flexibilidad y la geometría compleja son consideraciones importantes.
Generating Lattice Structures
Los complejos diseños geométricos utilizados en las estructuras reticulares no se pueden incluir durante la fase de diseño con programas de diseño asistido por ordenador (CAD).
El diseño generativo es otro método para generar estructuras reticulares impresas en 3D. El software requiere información detallada de la pieza, incluidas las cargas previstas, las limitaciones de masa y los puntos de conexión. El software genera el diseño de celosía más óptimo, así como la estructura y densidad de las celdas. Los factores que afectan al diseño de la pieza son el material de la celosía, la construcción y la orientación de las celdas. Los materiales pueden consistir en una carcasa dura con una celosía interior flexible para la absorción de impactos. La estructura de repetición de patrones uniformes y la forma de las células afectan sustancialmente al producto final. La orientación de las células puede complicar una operación de impresión en 3D. Asegúrese de que las células están orientadas sin necesidad de soporte adicional.
Existen varios tipos de estructuras reticulares impresas en 3D. Entre ellas se incluyen las siguientes:
- Strut Lattices - Estas celosías están hechas de una combinación de vigas interconectadas. Las estructuras de celosía de puntales se forman imprimiendo capas superpuestas que se engranan para crear una estructura de celosía. Las intersecciones entre las barras y los puntales se refuerzan con material de soporte. Este material de soporte también ayuda a reducir el peso y aumentar la flexibilidad del diseño. Estas estructuras están diseñadas para ser ligeras y resistentes, y suelen utilizarse en aplicaciones como piezas aeroespaciales y de automoción, implantes médicos y productos de consumo.
- Celosías planas - Estas celosías se componen de capas planas bidimensionales que, al combinarse, crean un objeto tridimensional. Las capas suelen imprimirse de una en una y, en algunos casos, requieren un ensamblaje adicional para completar la forma deseada. Las estructuras planas más comunes utilizadas en la impresión 3D incluyen celosías, panales y entramados.
- Celosías TPMS - Las celosías de superficie mínima triplemente periódica (TPMS) se crean utilizando una ecuación trigonométrica para generar la celda. Las estructuras TMPS se pueden fabricar en diversas formas y tamaños y se utilizan habitualmente en aplicaciones médicas como órtesis, prótesis e implantes. También se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, automovilísticas e industriales.
Beneficios de las estructuras reticulares
La incorporación de estructuras reticulares a las piezas impresas en 3D presenta varias ventajas. Entre estas ventajas se incluyen las siguientes
Ahorro de peso - Dependiendo de la celosía seleccionada, el ahorro de peso puede ser significativo. Esta reducción de peso genera ahorros de combustible en la industria aeroespacial y la industria automovilística, tan sensibles a la energía. Las piezas más ligeras también reducen los tiempos de recuperación de los pacientes en implantes médicos y prótesis.
Elevada relación resistencia-peso: si se diseñan según principios aceptados, las piezas con estructuras reticulares pueden tener una relación resistencia-peso sin parangón. Esta ventaja las hace ideales en aplicaciones de automoción y aeroespaciales (entre otras), donde es fundamental minimizar la masa.
Rentabilidad: con menos material que las piezas producidas mediante métodos de fabricación convencionales, las estructuras reticulares son mucho menos costosas que las estructuras sólidas, lo que las convierte en una opción ideal para la impresión 3D.
Absorción de impactos: las estructuras reticulares son muy eficientes a la hora de disipar impactos y cargas de choque porque la configuración celular ayuda a que toda la estructura se flexione y distribuya la energía. Los tipos de celosía complejos pueden redirigir y distribuir mejor la energía en múltiples direcciones para absorber la fuerza del impacto.
Flexibilidad de diseño adicional: las estructuras de celosía pueden diseñarse con una gran variedad de formas y tamaños, lo que permite una mayor flexibilidad de diseño.
Disipación mejorada del calor - El diseño abierto de las estructuras reticulares tiene una mayor superficie. Permite una mejor disipación del calor, lo que beneficia a los componentes eléctricos y otros objetos que generan calor.
Estética - Estos diseños geométricos tienen una belleza distintiva. Los diseñadores de productos están incorporando elementos enrejados en los diseños de productos simplemente por su atractivo estético.
Osteointegración: Existen estructuras reticulares utilizadas en implantes médicos que favorecen el crecimiento óseo. Los implantes resultantes forman uniones mucho más sólidas con la estructura ósea del paciente.
¿Merecen la pena las estructuras reticulares?
Las estructuras reticulares utilizadas en la impresión 3D incluyen las numerosas ventajas mencionadas anteriormente, que repercuten significativamente en el ahorro de combustible, los costes del producto, las características de rendimiento, el atractivo para el consumidor, la eficiencia y la sostenibilidad. Con un software que puede diseñar rápidamente estas complejas estructuras y dadas estas numerosas ventajas, es evidente que la incorporación de estructuras reticulares merece sin duda el esfuerzo añadido en el diseño.
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