Cos'è una struttura a reticolo nella stampa 3D
Strutture reticolari nella stampa 3D, come generare strutture reticolari e vantaggi delle strutture reticolari. Per saperne di più!
Introduzione
La stampa 3D è nota per la sua leggerezza e resistenza. Le strutture a reticolo nella stampa 3D sono utilizzate per creare progetti leggeri con intricati motivi geometrici ripetuti come strutture di supporto. I reticoli possono essere stampati come strutture di supporto interne o come componenti indipendenti. Queste strutture possono anche essere utilizzate per aumentare la superficie di un oggetto per migliorare l'adesione e la resistenza. Queste strutture di supporto geometriche complesse sono possibili solo con i processi di stampa 3D.
Questo articolo illustra i pro e i contro delle strutture reticolari per la stampa 3D.
Che cos'è una struttura a reticolo per la stampa 3D? g?
Una struttura reticolare è una struttura di supporto stampata in 3D con una composizione interna di diversi nodi reticolari interconnessi, detti anche "celle". Questa struttura viene spesso utilizzata per rendere le parti più leggere e assorbire gli urti in modo più efficiente. Il design geometrico conferisce forza e rigidità agli oggetti stampati in 3D, riducendo al minimo la quantità di materiale e il tempo necessario per produrli.
Il concetto si basa su disegni naturali come nidi d'ape, ragnatele, gusci di aragosta e spugne di silice. La lavorazione di queste geometrie era impossibile su piccola scala. Gli unici esempi realizzabili sono progetti di costruzione di grandi dimensioni, come ponti ed edifici in acciaio.
Nel settore della stampa 3D, capire come utilizzare e creare queste strutture è molto prezioso per gli ingegneri di prodotto e i designer industriali. Le strutture reticolari riducono in modo significativo la massa di un pezzo e trovano innumerevoli applicazioni nell'industria automobilistica e aerospaziale, dove la riduzione della massa dei pezzi si traduce direttamente in una maggiore efficienza del carburante. Altri settori in cui le strutture reticolari sono spesso utilizzate sono gli impianti medici, le protesi e altre applicazioni in cui peso, resistenza, flessibilità e geometria complessa sono fattori importanti.
Generazione di strutture reticolari
I complessi disegni geometrici utilizzati nelle strutture reticolari sono irragionevoli da includere nella fase di progettazione con il software di progettazione assistita da computer (CAD).
La progettazione generativa è un altro metodo per generare strutture reticolari stampate in 3D. Il software richiede informazioni dettagliate sulle parti, compresi i carichi previsti, i limiti di massa e i punti di connessione. Il software genera la struttura reticolare più ottimale, nonché la struttura e la densità delle celle. I fattori che influenzano la progettazione del pezzo includono il materiale del reticolo, la costruzione e l'orientamento delle celle. I materiali possono essere costituiti da un guscio duro con un reticolo interno flessibile per l'assorbimento degli urti. La struttura dei modelli uniformi ripetuti e la forma delle celle influenzano in modo sostanziale il prodotto finale. L'orientamento delle celle può complicare un'operazione di stampa 3D. Assicurarsi che le celle siano orientate senza bisogno di supporti aggiuntivi.
Esistono diversi tipi di strutture reticolari stampate in 3D. Tra questi vi sono i seguenti:
- Tralicci a puntone - Questi tralicci sono costituiti da una combinazione di travi interconnesse. Le strutture a traliccio sono realizzate stampando strati sovrapposti che si intrecciano per creare una struttura a traliccio. Le intersezioni tra le aste e i puntoni sono rinforzate con materiale di supporto. Questo materiale di supporto contribuisce a ridurre il peso e ad aumentare la flessibilità del progetto. Queste strutture sono progettate per essere leggere e resistenti e sono tipicamente utilizzate per applicazioni quali componenti aerospaziali e automobilistici, impianti medici e prodotti di consumo.
- Lattici planari - Questi reticoli sono composti da strati piatti e bidimensionali che, una volta combinati, creano un oggetto tridimensionale. Gli strati sono tipicamente stampati uno alla volta e, in alcuni casi, richiedono un ulteriore assemblaggio per completare la forma desiderata. Le strutture planari più comuni utilizzate nella stampa 3D sono i reticoli, i nidi d'ape e le capriate.
- Tralicci TPMS - I tralicci a superficie minima triplicemente periodica (TPMS) vengono creati utilizzando un'equazione trigonometrica per generare la cella. Le strutture TMPS possono essere realizzate in varie forme e dimensioni e sono comunemente utilizzate per applicazioni mediche come ortesi, protesi e impianti. Sono utilizzate anche in applicazioni aerospaziali, automobilistiche e industriali.
Vantaggi delle strutture a traliccio
L'incorporazione di strutture reticolari nelle parti stampate in 3D presenta diversi vantaggi. Questi vantaggi includono i seguenti:
- Risparmio di peso - A seconda del reticolo scelto, il risparmio di peso può essere significativo. Questa riduzione di peso genera un risparmio di carburante nell'industria aerospaziale e automobilistica, sensibili ai consumi energetici. I componenti più leggeri riducono anche i tempi di recupero dei pazienti per impianti e protesi mediche.
- Elevato rapporto resistenza-peso - Se progettati secondo principi accettati, i componenti con strutture reticolari possono avere un rapporto resistenza-peso senza precedenti. Questo vantaggio li rende ideali nelle applicazioni automobilistiche e aerospaziali (tra le altre), dove è fondamentale ridurre al minimo la massa.
- Economico - Con una quantità di materiale inferiore rispetto alle parti prodotte con metodi di fabbricazione convenzionali, le strutture reticolari sono molto meno costose delle strutture solide, il che le rende un'opzione ideale per la stampa 3D.
- Assorbimento degli urti - Le strutture reticolari sono molto efficienti nel dissipare gli urti e gli impatti, perché la configurazione delle celle aiuta l'intera struttura a flettersi e a distribuire l'energia. I reticoli complessi possono reindirizzare e distribuire meglio l'energia in più direzioni per assorbire la forza d'urto.
- Maggiore flessibilità di progettazione - Le strutture a traliccio possono essere progettate con forme e dimensioni diverse, per una maggiore flessibilità di progettazione.
- Migliore dissipazione del calore - Il design aperto delle strutture a traliccio ha una superficie maggiore. Ciò consente una migliore dissipazione del calore, a vantaggio dei componenti elettrici e di altri oggetti che generano calore.
- Estetica - Questi disegni geometrici hanno una bellezza distinta. I designer di prodotti incorporano elementi reticolari nel design dei prodotti semplicemente per l'estetica.
- Osseointegrazione: Esistono strutture reticolari utilizzate negli impianti medici che favoriscono la crescita dell'osso. Gli impianti risultanti formano legami molto più solidi con la struttura ossea del paziente.
Le strutture a reticolo valgono la complessità extra?
Le strutture reticolari utilizzate nella stampa 3D includono i numerosi vantaggi sopra menzionati che hanno un impatto significativo sul risparmio di carburante, sui costi dei prodotti, sulle caratteristiche delle prestazioni, sull'attrattiva per i consumatori, sull'efficienza e sulla sostenibilità. Con un software in grado di progettare rapidamente queste strutture complesse e visti i numerosi vantaggi, è evidente che l'incorporazione di strutture reticolari vale sicuramente lo sforzo aggiuntivo nella progettazione.
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