3D 格子構造:高度な積層造形のための設計原理と機械的動作

2022 年 5 月 3 日に公開

元々は 2022 年 5 月 3 日に fastradius.com で公開されました

格子構造は、複雑な 3 次元形状に集合する周期的な枠組みです。積層造形では、準拠した格子により前例のない設計の自由度が解放され、エンジニアは以前は達成できなかった形状を作り出すことができます。

エラストマーから製造されると、これらの格子は顕著な変形能力を示します。設計者はアーキテクチャを調整することで、剛性、座屈挙動、エネルギー吸収を微調整して、幅広い業界の要求を満たすことができます。

準拠した 3D 格子を作成するには、製造の専門知識と高度な設計ツールの両方が必要です。 SyBridge では、構造と機械的性能を相関させる広範なシミュレーションデータに裏付けられた、多数の製品カテゴリにわたるエラストマー格子の包括的なライブラリを設計および検証してきました。

適切な格子アーキテクチャを選択できるかどうかは、各設計変数が部品の機械的応答にどのような影響を与えるかを理解することにかかっています。次のガイドでは、重要な設計要素を抽出し、カタログから 4 つの代表的な格子タイプを紹介します。

エラストマー 3D 格子構造の主要な設計要素

エラストマーラティスプロジェクトは通常、次のコア要素を評価します。

この格子は 7.5 mm の単位セルと 2 mm のトラス幅を備えており、弾性率は 0.72 MPa になります。

座屈応答: 明らかな座屈不安定性を示します。 ~0.05 のひずみの後、応力は 25kPa で頭打ちになり、さらに変形しても弾性率は増加しません。

エネルギー散逸: 非弾性座屈挙動によりヒステリシスループが生成されるため、衝撃吸収が必要な用途に適しています。

アプリケーション: この格子は、個人用保護具や敏感なコンポーネントを保護する犠牲層として最適で、アセンブリ内のコンポーネント間の隙間を埋めることもできます。

単位セルサイズ 10mm、トラス幅 2mm、弾性率 0.44MPa。

座屈応答: 明確なプラトーがありません。ビームは完全に圧縮されるまで弾性的に伸び、滑らかな圧縮曲線を実現します。

エネルギー散逸: エネルギーを弾性的に蓄え、すぐに元の形状に戻り、弾性のあるバネのように動作します。

アプリケーション: シートクッションやボディパッドなどの静的圧縮製品のフォーム代替品として適しており、その六角形の形状はファッション中心のデザインに美的魅力をもたらします。

ユニットセルサイズ 10mm、トラス幅 2mm、弾性率 0.07MPa。

座屈応答: 完全に圧縮されるまで変位ごとに力が増加し、漸進的な伸張動作を示します。ストレスプラトーは観察されません。

エネルギー散逸: ケルビンユニットと同様に、バネのように動作し、負荷がかかると元の形状に戻ります。

アプリケーション: 高ひずみと弾性応答により、静圧縮フォームの交換に最適であり、角度の付いたストラットが均一な機械的性能を実現します。

このハイブリッド構造は、体心中心トポロジーと単純な立方体トポロジーを組み合わせたもので、単位セルは 7.5 mm、トラス幅は 1 mm です。結果として得られる弾性率は 0.23MPa で、単純な立方格子と体心格子のみよりも高くなります。

座屈応答: BCC 格子は単純な立方体コンポーネントから座屈を継承し、0.12MPa でプラトーを示しますが、座屈後の挙動はより安定しています。

エネルギー散逸: BCC 格子では、弾性モードと座屈モードをブレンドすることで、特定の使用例に合わせてエネルギーの貯蔵と放出を正確に調整できます。

アプリケーション: 弾性復元力と制御されたエネルギー散逸の適切な組み合わせを必要とする製品に最適で、純粋な座屈格子よりも予測可能な応答を提供します。

上で強調した 4 つの格子は、エラストマー 3D 格子設計が達成できることの表面をなぞっただけです。 3‑D プリントプロジェクトに着手する準備ができている場合は、今すぐお問い合わせください。次のプロジェクトを可能にします。

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