3Dプリントされた格子構造が部品をどのように改善できるか
3D印刷された格子構造は、積層造形の最大のセールスポイントの1つです。 3D印刷の独自のプロセスを使用して簡単に製造でき、それらを使用することには多くの実用的な利点があります。
格子構造は本質的にインフィルパターンであり、3D印刷されたパーツの内部ジオメトリを構造化する方法です。プラスチックや金属の固いブロックを3D印刷する代わりに、エンジニアは部分的に中空の重なり合う連動パターンを使用できます。これらの格子を適切に設計すると、部品の機械的特性が大幅に向上し、部品がより軽く、より強くなります。
重要なのは、格子構造はプロ仕様の3Dプリンターで製造できることです。さらに重要なことに、これらの構造は他の製造技術を使用して適切に製造することはできません。サブトラクティブテクノロジーでは、外側をカットせずにパーツの内側をカットすることはできませんが、金型は単に液体材料で「満たされる」だけです。3Dプリンターの場合のように、液体材料を所定の位置に配置する方法を選択することはできません。
この記事では、3D印刷された格子構造がどのように作られているのか、そしてなぜそれらが航空宇宙産業のような場所で非常に役立つようになっているのかを見ていきます。
3Dプリントされた格子をどのように作成しますか？
格子構造は、橋や木造住宅などのいたるところに見られます。エッフェル塔は、おそらく世界で最も有名な格子またはトラス構造の例であり、その重なり合う梁が安定しているが大部分が中空の構造を形成しています。
このような構造を3Dプリント部品に複製することが可能です。また、通常、ラティスフレームワークを手動で設計する必要はありません。ユーザーが選択したパラメーターに基づいてラティスパターンを自動的に生成するラティス生成ツールがいくつか存在します。市販のツールには、トポロジ、Autodesk Within、Meshifyなどがあります。
しかし、すべての格子が同じというわけではありません。実際、格子構造はさまざまな点で異なりますが、主なバリエーションは以下のとおりです。
細胞構造
セルは、格子構造を構成する個々の単位です。これらは通常、立方体、星、六角形、八角形などの幾何学的形状として認識できますが、特定の機械的用途のために複数の形状を組み合わせることができます。セルが完全に不均一で、識別可能なパターンがない場合があります。
最終的に、セルの構造（形状とサイズの両方）は、強度、重量、弾性、およびその他の要因の観点から、パーツの動作に影響を与えます。
細胞の向き
セルの構造とサイズを決定することは、話の半分にすぎません。ラティス内の形状はさまざまな方向に向けることができ、これはパーツの最終的なパフォーマンスにも影響します。向きは、印刷の制約によっても決定する必要があります。たとえば、特定の向きでは、より多くのサポート構造が必要になります。
格子素材
すべての材料がすべての格子構造を印刷できるわけではありません。大きな多孔質部分が部品をたるませることがあるので、柔らかくて弾力性のある材料は、一般に大きなセル構造で印刷されるべきではありません。ほとんどの場合、格子材料はシェルまたは外部材料と同じですが、マルチ押出機プリンターはこの点である程度の柔軟性を提供します。
3Dプリントされた格子の利点は何ですか？
格子構造を3D印刷部品に組み込むことで、エンジニアは軽量化、部品強度の向上、衝撃吸収などのメリットを享受できます。
軽量化はおそらくこれらの利点の中で最も重要であり、エンジニアがパターン化された内部形状で印刷構造を最適化することに熱心である主な理由です。格子構造の重要な特徴は、部分的な中空です。セルには空のスペースが含まれているため、内部の格子パターンを除けば、中実の充填物を備えた同等の部品よりも全体的な材料が少なくなります。
全体的な材料が少ないということは、質量が少ないことを意味します。これは、自動車や航空宇宙などの業界のAMユーザーにとって大きな利点であり、わずか数グラムの削り取りが部品の性能に大きな違いをもたらす可能性があります。実際、最もエキサイティングな格子研究のいくつかは、ボーイングのような企業が超軽量の高度な格子材料を開発した航空宇宙で行われています。
材料が少ないということは、支出も少ないということです。格子構造の部品を作成することで、エンジニアは実際に劣った部品よりも安価な優れた部品を作成できます。
しかし、格子構造の全体的なポイントは、部品の完全性を損なうことなく質量を減らすことです。パーツに任意の穴を開けると、壊れやすくなりますが、3D印刷された格子構造は、可能な限り最も構造的に効果的な方法で材料を使用するように設計されており、中空部分が脆弱ではなく、それ自体が強度であることを保証します。
格子構造の部分的に中空の部品は、実際には、中実の同等部品よりも強力になる可能性があります。これは、格子内の空きスペースが衝撃吸収を改善し、衝撃応力を低減するのに役立つためです。大セル格子構造の部品は、柔軟性と弾性が高く、脆性と破損の可能性を低減できます。
それほど重要ではありませんが、それでも注目に値するのは、格子の美学です。これらの複雑なパターンは、エンジニアが3Dプリンターで作成できる最も印象的なフォームの一部であるため、格子が印刷されたパーツは、実用的であると同時に視覚的にも魅力的であることがよくあります。
3Dプリントされた格子の利点の概要：
CNCマシンは格子構造を作成できますか？
要するに、違います。 CNCマシンやその他のサブトラクティブ製造技術は、切削工具を使用して固体ブロックから材料を除去するため、3D格子構造を作成できません。 CNCマシンは、格子セルの最初の列の中空部分を切り取ることができますが、その場合、切削工具は行き止まりになります。中実のセクションが邪魔になっているため、中空セクションの次の行をカットできません。
3Dプリンターは、パーツをスライスまたは断面で製造し、固いブロックから切り離すのではなく、何もないところからパーツを構築するため、この問題は発生しません。したがって、積層造形は、格子構造を作成するための最良の製造技術とはほど遠いものです。
ただし、CNCマシンは、グリルなどの2D格子構造を効果的に作成でき、これらの特定のCNC機械加工された格子は、実際には3D印刷された格子よりも強力である可能性があることに注意してください。
3Dプリントされた格子の実際の用途は何ですか？
3D印刷された格子構造は、すでに多くの業界で使用されています。これは、商業分野全体のエンジニアや製品設計者が、部品の軽量化と強化の方法を常に模索しているためです。
航空宇宙では軽量化が特に重要です および自動車 重い部品は一般的に車速を低下させ、燃料使用量の増加につながるため、産業。したがって、軽量部品の方がはるかに望ましいです。
トラス構造が何百年もの間建築に存在していたことを考えると、格子の小型化バージョンが今日の建築でも人気を博しているのは当然のことです。 風景。また、格子構造を正確に設計できるため、研究者は、ノイズを低減し、建物の断熱材を改善する可能性のある3Dパターンを作成する方法さえ見つけました。
3D印刷された格子は、衣類にもあります。 およびフットウェア 、アディダスのような企業では、スニーカーのミッドソールに3Dプリントされたエラストマー格子を使用しています。これらの格子は、大量の跳ね返りを伴う軽量のクッションを提供します。これは、1990年代の至る所に存在する「気泡」よりもはるかに優れており、科学的に正当化されます。
3ERPを使用した3Dプリントラティス
3ERPは、3D印刷部品とプロトタイプの経験豊富なプロバイダーであり、さまざまなアプリケーション向けに高品質の格子部品を製造することができます。
当社の積層造形サービスには、FDM、SLA、SLS、SLMが含まれ、これらすべてを利用して複雑な内部形状を作成できます。
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