3D プリントされた格子を使用して騒音と衝撃を最大限に吸収する

Fast Radius、アプリケーション エンジニア、Tristan Antonsen 著

格子は、交差するビームとノードのパターンによって作成される一連の繰り返し単位セルで構成される 3 次元構造です。これらのマイクロ アーキテクチャは、従来のコンポーネントに匹敵する材料特性と構造的完全性を備え、多くの場合余分な材料を使用せずに軽量部品を製造できるなど、さまざまな理由で近年人気を博しています。格子は、剛性が低く、歪みに耐えて回復する能力があるため、衝撃、騒音、および振動を吸収するためにも使用されます。

これには、おそらく驚くべき実世界でのアプリケーションがいくつかあります。 Carbon のパートナーが先駆的な Digital Light Synthesis™ テクノロジーで成し遂げたことに感銘を受けたスポーツウェア大手の Adidas は、ラティスが提供する高い衝撃吸収性を組み込んだ運動靴のミッドソールの設計を依頼しました。素材の要件には課題がありました。ソールには弾力性と柔軟性があり、優れた反発力を提供し、アスリートの体への衝撃を最小限に抑える必要がありました。 Carbon のテクノロジーはこの課題に立ち向かいました。その結果、驚くほど高性能な Adidas Futurecraft 4D ミッドソールが生まれました。このミッドソールは、小さなコンポーネント ボリュームで優れた衝撃吸収性を提供します。

ラティスを使用して最大の振動減衰とエネルギー減衰を実現する方法について、プロダクト マネージャーが知っておくべきことは次のとおりです。

格子について

一般に、格子はサイズが小さく複雑な形状であるため、従来の減法による製造方法で作成することは困難です。したがって、格子は通常、3D 印刷プロセスによって生成されます。

積層造形の設計の主な利点は、プロダクト マネージャーが逆設計プロセスを実装できることです。つまり、既に存在する適切な材料を見つけようとする代わりに、特定の用途に合わせて最適な材料特性を設計できるということです。

一部の材料は本質的にエネルギーの放散に優れています。たとえば、EPU 40 は EPU 41 よりも優れた振動減衰材料です。パーツの用途に必要な特性に合わせた材料を選択することで、メーカーはコンポーネントの衝撃吸収性を高めることができます。

材料の選択は振動を減衰させ、エネルギーを散逸させる格子の能力に重要な役割を果たしますが、ほとんどの場合、格子の設計は部品の減衰効果により大きな影響を与えます。マクロレベルでは、格子構造は通常、衝撃時に曲がったり座屈したりするように設計されています。曲げ格子は非常に弾力性があり弾力性がありますが、座屈格子は個々のビームが離れて曲がることができるため、エネルギーを散逸させるのに非常に効果的です。自由層減衰処理も部品に適用できます。

粒度レベルでは、格子を構成するビームとノードの繰り返しパターンは、ユニット セルと呼ばれます。ノードとビームの潜在的な組み合わせは膨大な数にありますが、開いたまばらなユニット セルは通常、柔らかい格子を作成しますが、三角形とビームがより集中しているユニット セルは一般に剛構造を作成します。

セルの種類、サイズ、および方向は、格子の材料の減衰比に直接影響し、セルの単位サイズと比較したビームの相対的な厚さの変化により、格子が大幅に異なる動作を示すようになります。これは、衝撃吸収とエネルギー散逸を最大化するために考慮する必要があります。

製造用格子の設計

付加的な方法により、製造業者は以前は不可能だったものを作成できるようになりましたが、意図した機能を効果的に実現するには、格子を適切に設計する必要があります。アディティブ マニュファクチャリング (DFAM) の原則を組み込むことにより、エンジニアは 3D プリント プロセスの特定の特性を利用して、格子構造が衝撃、音、振動を吸収する効果を最大限に高めることができます。

DFAM に関する 2 つの重要な考慮事項は、格子の単位セルの構造と方向です。ラティスは何よりもまず印刷可能でなければなりません。これには、パーツの実行可能性を確保するために、印刷プロセス、印刷方向、場合によってはサポート構造などの考慮事項を設計に織り込むことが含まれます。

格子セルの向きは本質的に異方性パーツを作成します。つまり、コンポーネントはある方向では別の方向とは異なる動作をします。ただし、これは必ずしも欠点ではありません。ラティスが一方向に動作する必要がある場合 (座屈ラティスの場合など)、製品マネージャーは、構造のセルの向きがその方向に適切に配置されていることを確認する必要があります。

DFAM を適切に実装すると、メーカーは従来の製造方法の制限を回避し、まったく新しいことを可能にすることができます。多くの場合、格子構造を組み込んだ積層造形部品は、従来のプロセスで作成された部品と同等またはそれ以上の品質です。

Fast Radius が製造業のイノベーションを推進する方法を発見

格子構造は、衝撃、音、および振動を吸収および消散する部品を作成するための多目的で効果的な方法です。格子設計における重要な考慮事項には、事前に要件を明確に定義し、これらの要件と格子の望ましい機能に基づいて適切な材料を選択し、それに応じて格子の構造を設計することが含まれます。必要な性能特性に基づいて振動減衰に最適な材料を選択することは、部品のエネルギー散逸と衝撃吸収能力を最大化するのに役立つため、開始するのに理想的な場所です。

Fast Radius は、あらゆる製造をより効率的かつ効果的にするために、最先端の技術と実証済みの方法を使用することに取り組んでいます。当社は、優れた品質のコンポーネントを時間通りに競争力のある価格で提供することに誇りを持っているため、各顧客と協力して、設計と製造可能性のために部品を最適化します。今すぐお問い合わせいただき、どのように支援できるかをご確認ください。