Qu'est-ce qu'une structure lattice dans l'impression 3D ?
Les structures en lattice dans l'impression 3D, comment générer des structures en lattice et les avantages des structures en lattice. En savoir plus !
Introduction
L'impression 3D est connue pour la légèreté et la solidité de ses pièces. Les structures lattice de l'impression 3D sont utilisées pour créer des conceptions légères avec des motifs géométriques répétitifs complexes comme structures de support. Les lattices peuvent être imprimés en tant que structures de soutien internes ou en tant que composants autonomes. Ces structures peuvent également être utilisées pour augmenter la surface d'un objet afin d'en améliorer l'adhérence et la résistance. Ces structures de support géométriques complexes ne sont possibles qu'avec les procédés d'impression 3D.
Cet article présente les avantages et les inconvénients des structures lattice pour l'impression 3D.
Qu'est-ce qu'un lattice pour l'impression 3D ?
Une structure lattice est une structure de support imprimée en 3D dont la composition interne est constituée de plusieurs nœuds de treillis imbriqués, également appelés "cellules." Cette structure est souvent utilisée pour alléger les pièces et absorber les chocs plus efficacement. La conception géométrique confère résistance et rigidité aux objets imprimés en 3D tout en minimisant la quantité de matériau et le temps nécessaire à leur fabrication.
Le concept s'inspire de motifs naturels tels que les nids d'abeilles, les toiles d'araignée, les carapaces de homard et les éponges de silice. L'usinage de ces géométries était impossible à petite échelle. Les seuls exemples viables sont les projets de construction massifs, tels que les ponts et les bâtiments en acier.
Dans l'industrie de l'impression 3D, la compréhension de l'utilisation et de la création de ces structures est très utile pour les ingénieurs produits et les concepteurs industriels. Les structures en lattice réduisent considérablement la masse d'une pièce et ont d'innombrables applications dans les industries automobile et aérospatiale, où la réduction de la masse des pièces se traduit directement par une amélioration de l'efficacité énergétique. Les implants médicaux, les prothèses et d'autres applications où le poids, la résistance, la flexibilité et la géométrie complexe sont des considérations importantes sont d'autres secteurs où les structures en lattice sont souvent utilisées.
Générer des structures de lattice
Les conceptions géométriques complexes utilisées dans les structures en lattice ne sont pas raisonnables à inclure lors de la phase de conception avec un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO.) La pièce est générée dans un autre logiciel.
La conception générative est une autre méthode pour générer des structures en lattice imprimées en 3D. Le logiciel requiert des informations détaillées sur la pièce, y compris les charges prévues, les limites de masse et les points de connexion. Le logiciel génère la conception de lattice la plus optimale, ainsi que la structure et la densité des cellules. Les facteurs affectant la conception de la pièce comprennent le matériau du lattice, la construction et l'orientation des cellules. Les matériaux peuvent consister en une coque dure avec un lattice intérieur flexible pour l'absorption des chocs. La structure des motifs uniformes répétitifs et la forme des cellules affectent considérablement le produit final. L'orientation des cellules peut compliquer l'opération d'impression 3D. Veillez à ce que les cellules soient orientées sans nécessiter de support supplémentaire.
Il existe plusieurs types de structures de lattice imprimées en 3D. Il existe plusieurs types de structures en treillis imprimées en 3D, dont les suivants :
Lattices à entretoises - Ces lattices sont fabriqués à partir d'une combinaison de poutres interconnectées. Les structures en lattice sont fabriquées en imprimant des couches qui se chevauchent et s'engrènent pour créer une structure en lattice. Les intersections entre les tiges et les entretoises sont renforcées par un matériau de support. Ce matériau de soutien permet également de réduire le poids et d'accroître la flexibilité de la conception. Ces structures sont conçues pour être légères et solides et sont généralement utilisées pour des applications telles que les pièces automobiles et aérospatiales, les implants médicaux et les produits de consommation.
Lattice planaire - Ces lattices sont composés de couches plates bidimensionnelles qui, une fois combinées, créent un objet tridimensionnel. Les couches sont généralement imprimées une par une et, dans certains cas, nécessitent un assemblage supplémentaire pour obtenir la forme souhaitée. Les structures planes couramment utilisées dans l'impression 3D comprennent les lattices, les nids d'abeille et les fermes.
Treillis TPMS - Les treillis TPMS (Triply periodic minimal surface) sont créés à l'aide d'une équation trigonométrique pour générer la cellule. Les structures TMPS peuvent être fabriquées dans différentes formes et tailles et sont couramment utilisées pour des applications médicales telles que les orthèses, les prothèses et les implants. Elles sont également utilisées dans l'aérospatiale, l'automobile et les applications industrielles.
Avantages des structures en lattice
L'incorporation de structures en lattice dans les pièces imprimées en 3D présente plusieurs avantages. Ces avantages sont notamment les suivants :
Économies de poids - En fonction du lattice sélectionné, les économies de poids peuvent être significatives. Cette réduction de poids permet d'économiser du carburant dans l'industrie aérospatiale et l'industrie automobile, deux secteurs sensibles à la consommation d'énergie. Les pièces plus légères réduisent également le temps de récupération des patients pour les implants médicaux et les prothèses.
Rapport résistance/poids élevé - Si elles sont conçues selon des principes reconnus, les pièces dotées de structures en lattice peuvent présenter des rapports résistance/poids inégalés. Cet avantage les rend idéales pour les applications automobiles et aérospatiales (entre autres), où il est essentiel de minimiser la masse.
Rentabilité - Avec moins de matière que les pièces produites par les méthodes de fabrication conventionnelles, les structures en treillis sont beaucoup moins coûteuses que les structures solides, ce qui en fait une option idéale pour l'impression 3D.
Absorption des chocs - Les structures en lattice sont très efficaces pour dissiper les impacts et les chocs, car la configuration des cellules aide l'ensemble de la structure à fléchir et à répartir l'énergie. Les types de lattice complexes peuvent rediriger et mieux répartir l'énergie dans plusieurs directions pour absorber la force d'impact.
Flexibilité de conception accrue - Les structures en lattice peuvent être conçues pour avoir une variété de formes et de tailles, ce qui permet d'accroître la flexibilité de conception.
Meilleure dissipation de la chaleur - La conception ouverte des structures en lattice offre une plus grande surface. Elle permet une meilleure dissipation de la chaleur, ce qui profite aux composants électriques et aux autres objets qui génèrent de la chaleur.
Esthétique - Ces conceptions géométriques ont une beauté distincte. Les concepteurs de produits intègrent des éléments en lattice dans la conception de leurs produits pour des raisons esthétiques.
Osséointégration : Il existe des structures en lattice utilisées dans les implants médicaux qui favorisent la croissance osseuse. Les implants qui en résultent forment des liens beaucoup plus solides avec la structure osseuse du patient.
Les structures en lattice valent-elles la peine d'être plus complexes ?
Les structures en lattice utilisées dans l'impression 3D comprennent les nombreux avantages mentionnés ci-dessus qui ont un impact significatif sur les économies de carburant, les coûts des produits, les caractéristiques de performance, l'attrait pour les consommateurs, l'efficacité et la durabilité. Avec un logiciel qui peut concevoir rapidement ces structures complexes et compte tenu de ces nombreux avantages, il est évident que l'incorporation de structures en lattice vaut vraiment l'effort supplémentaire dans la conception.
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