Cấu trúc mạng của in 3D và ngành công nghiệp truyền thống
1. Đặc điểm cấu tạo mạng tinh thể và khả năng hấp thụ năng lượng
1) Một trong những tính chất quan trọng nhất của vật liệu mạng tinh thể là khả năng hấp thụ năng lượng, được đặc trưng bởi khả năng hấp thụ hoặc tiêu tán năng lượng cơ học trong quá trình nén. Người ta đã xác nhận rằng hầu hết các cấu trúc mạng, chẳng hạn như mạng kim tự tháp, mạng Kagome ba - chiều, mạng tứ diện và mạng kim cương, có thể đạt được hiệu suất hấp thụ năng lượng rất tốt bằng cách thay đổi các thông số hình học như tỷ lệ khung hình hoặc kích thước ô đơn vị .
2) Các tấm bánh sandwich có thể thiết kế với cấu trúc mạng tinh thể cũng đã được chứng minh là có đặc tính hấp thụ năng lượng tuyệt vời. Ngoài các thông số hình học, hiệu suất hấp thụ năng lượng cũng có thể được điều chỉnh bởi các cấu trúc phức tạp như cấu trúc gradient, cấu trúc chứa đầy bọt kim loại, cấu trúc nhiều lớp và cấu trúc ô đơn vị khác nhau, đã được chứng minh là hấp thụ năng lượng hiệu quả hơn so với mạng đơn cấu trúc hiệu quả.
3) Phương pháp để cải thiện các đặc tính cơ học hoặc khả năng hấp thụ năng lượng là sửa đổi cấu trúc nút kết nối các thanh chống. Khi chịu tải trọng nén hoặc xung kích, thường xảy ra hiện tượng tập trung ứng suất. Phương pháp này tương đối đơn giản nhưng có thể nâng cao khả năng hấp thụ năng lượng của cấu trúc mạng tinh thể kim loại
2. So sánh cấu trúc mạng tinh thể của quy trình truyền thống và in 3D
Có một số kỹ thuật để chế tạo cấu trúc mạng tinh thể kim loại trong các quy trình thông thường, bao gồm dập, đùn - cắt dây ngoại quan, gấp tấm mở rộng và đúc đầu tư. Ngoài việc đúc, các kỹ thuật này phải sử dụng kỹ thuật liên kết hoặc hàn để lắp ráp các thanh chống tạo thành cấu trúc mạng tinh thể. Trong quá trình xử lý, các mối nối thường nhạy cảm với các khuyết tật, chẳng hạn như bong bóng và vết nứt nhỏ, dẫn đến sự suy yếu của các đặc tính cơ học tổng thể của cấu trúc mạng tinh thể. Đối với công nghệ đúc đầu tư, cấu hình bình điện phân không thể quá phức tạp do những hạn chế của bản thân công nghệ.
Lưới có một số đặc tính độc đáo rất hữu ích khi thiết kế các bộ phận hoặc sản phẩm mà hầu như không thể sao chép với các kỹ thuật thiết kế truyền thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc polygrain mạnh hơn tới bảy lần so với các vật thể mạng tiêu chuẩn đơn lẻ, một sự khác biệt về độ bền đáng kể để sắp xếp lại các hình học nhất định mà chỉ in 3D mới có thể đạt được.
3. Tại sao chọn cấu trúc mạng lưới in 3D
1) Giảm sử dụng vật liệu
Sử dụng mạng lưới trong thiết kế có thể làm giảm đáng kể lượng vật liệu được sử dụng bằng cách loại bỏ hầu hết vật liệu ở các khu vực không - quan trọng.
2) Nhẹ
Giảm sử dụng vật liệu làm giảm trọng lượng. Trong nhiều ứng dụng, trọng lượng của một bộ phận hoặc bộ phận lắp ráp thường càng nhẹ càng tốt. vật liệu ít hơn được sử dụng để tạo ra một bộ phận tương đương với giá thấp hơn
3) Hấp thụ năng lượng
Cấu trúc mạng tinh thể có nhiều đặc tính có lợi cho việc hấp thụ năng lượng. Bằng cách thay đổi mật độ của các vùng khác nhau và thậm chí cả các loại tế bào, thiết kế có thể hấp thụ năng lượng theo các hướng khác nhau một cách hiệu quả. Các loại mạng tinh thể phức tạp có thể được chuyển hướng và phân phối năng lượng tốt hơn theo nhiều hướng để hấp thụ lực tác động, đồng thời tận dụng các đặc tính khác nhau của nhựa sản xuất phụ gia hiện đại.
4) Tăng diện tích bề mặt
Một số ứng dụng tập trung vào việc tối đa hóa diện tích bề mặt hơn là độ bền cơ học. Ví dụ, truyền nhiệt hoặc các phản ứng hóa học có thể là mục tiêu chính. Cấu trúc mạng rất hữu ích ở đây vì chúng cung cấp cho bộ phận nhiều bề mặt hơn mà không làm tăng diện tích tổng thể của nó.
5) Tích hợp địa lý
Điều này đề cập đến một phương pháp tạo cấu trúc mạng trong cấy ghép y tế để thúc đẩy sự phát triển của xương. Kết quả cấy ghép tạo thành một liên kết chắc chắn hơn với cấu trúc xương của chính bệnh nhân.
4. Kiểu cấu trúc mạng
Tất cả các mạng đều dựa trên một ô đơn vị. Đây là một đơn vị lặp lại được lặp lại theo nhiều hướng để tạo thành một tổng thể.
1) Mạng tinh thể TPMS
Mạng bề mặt tối thiểu ba chu kỳ (TPMS) được tạo khi một ô đơn vị được tạo bằng phương trình lượng giác
2) Mạng thanh chống
Một mạng thanh chống bao gồm các chùm liên kết với nhau, được kết nối theo các mẫu khác nhau được xác định bởi các ô. Các cột có thể được nối với nhau bằng các đỉnh, các cạnh và các mặt của các phần tử hình khối, và sự kết hợp khác nhau của các điểm kết nối này dẫn đến các kiểu khác nhau.
3) Mạng tinh thể phẳng
Mạng phẳng là loại mạng đơn giản nhất và được tạo ra khi một ô đơn vị 2D được ép đùn thành 3D. Loại mạng tinh thể phẳng phổ biến nhất là cấu trúc tổ ong.
Cấu trúc mạng in 3D là giải pháp lý tưởng cho vấn đề này. Nó có cấu trúc mạng tinh thể được thiết kế chính xác, vật liệu ma trận hầu như không giới hạn, các đặc tính được tối ưu hóa và có thể được chế tạo bằng nhiều công nghệ quy mô - công nghiệp, làm cho chúng lý tưởng để sử dụng trong ô tô, y tế, thiết bị thể thao, bộ trao đổi nhiệt, các sản phẩm tiêu dùng quan trọng các ứng dụng.
