Использование решеток, напечатанных на 3D-принтере, для максимального поглощения шума и ударов

Автор Тристан Антонсен, инженер по приложениям, Fast Radius

Решетки представляют собой трехмерные структуры, состоящие из ряда повторяющихся элементарных ячеек, созданных узором из пересекающихся лучей и узлов. Эти микроархитектуры приобрели популярность в последние годы по ряду причин, в том числе благодаря их способности производить легкие детали, которые имеют характеристики материалов и структурную целостность, сравнимые с устаревшими компонентами, и часто с меньшим количеством избыточного материала. Решетки также используются для поглощения ударов, шума и демпфирования вибрации, поскольку они могут иметь низкую жесткость и способность выдерживать нагрузки и восстанавливаться после них.

У этого есть некоторые, возможно, удивительные приложения в реальном мире. Впечатленный тем, чего добились наши партнеры из Carbon с помощью своей новаторской технологии Digital Light Synthesis™, гигант спортивной одежды Adidas обратился к разработке промежуточной подошвы для спортивной обуви, которая обеспечивает высокую амортизацию ударов, которую обеспечивают решетки. Требования к материалам представляли собой проблему:подошва должна была быть упругой и гибкой, чтобы обеспечить отличный отскок и свести к минимуму удары по телу спортсмена. Технология Carbon справилась с поставленной задачей. Результатом стала потрясающая высокоэффективная промежуточная подошва Adidas Futurecraft 4D, которая обеспечивает исключительное поглощение ударов при небольшом объеме компонентов.

Вот что нужно знать менеджерам по продуктам о том, как решетки можно использовать для обеспечения максимального гашения вибрации и поглощения энергии.

Все о решетках

В целом, небольшой размер и сложная геометрия решеток затрудняют их создание с помощью традиционных субтрактивных методов производства; поэтому решетки обычно изготавливаются с помощью процессов 3D-печати.

Ключевым преимуществом проектирования для аддитивного производства является то, что оно позволяет менеджерам по продукции реализовать обратный процесс проектирования, то есть они могут разрабатывать оптимальные характеристики материала для конкретного применения, вместо того, чтобы пытаться найти подходящий материал, который уже существует.

Некоторые материалы по своей природе лучше рассеивают энергию — например, EPU 40 лучше гасит вибрацию, чем EPU 41, — и выбор материала, соответствующего требуемым характеристикам деталей, позволяет производителям увеличить поглощение ударов своими компонентами. /Р>

В то время как выбор материала играет важную роль в способности решетки гасить вибрации и рассеивать энергию, конструкция решетки в большинстве случаев оказывает более существенное влияние на демпфирующий эффект детали. На макроуровне решетчатые конструкции обычно спроектированы так, чтобы изгибаться или изгибаться при ударе. Изгибающиеся решетки очень эластичны и упруги, в то время как изгибающиеся решетки позволяют отдельным балкам выдаваться и изгибаться, что чрезвычайно эффективно рассеивает энергию. К деталям также можно применять демпфирующие обработки свободного слоя.

На гранулярном уровне повторяющийся рисунок лучей и узлов, составляющих решетку, называется элементарными ячейками. Существует огромное количество потенциальных комбинаций узлов и балок, но открытые разреженные элементарные ячейки обычно создают мягкие решетки, а элементарные ячейки с более высокой концентрацией треугольников и балок обычно создают жесткие структуры.

Тип, размер и ориентация ячеек оказывают прямое влияние на коэффициент демпфирования материала решетки, а изменения относительной толщины балок по сравнению с размером ячеек приводят к тому, что решетка ведет себя совершенно по-другому. которые необходимо учитывать, чтобы максимизировать поглощение удара и рассеивание энергии.

Проектирование решеток для производства

Хотя аддитивные методы позволили производителям создавать вещи, которые раньше были невозможны, решетки по-прежнему должны быть хорошо спроектированы, чтобы эффективно выполнять свои предполагаемые функции. Внедряя принципы проектирования для аддитивного производства (DFAM), инженеры могут использовать особые свойства процесса 3D-печати, чтобы их решетчатые структуры максимально эффективно поглощали удары, звук и вибрацию.

Двумя важными соображениями DFAM являются структура и ориентация элементарных ячеек решетки. Решетка должна быть в первую очередь пригодной для печати. Это включает в себя учет факторов, таких как процесс печати, ориентация печати, а иногда и опорные конструкции в дизайне, чтобы обеспечить жизнеспособность детали.

Ориентация ячеек решетки по своей природе создает анизотропные части, а это означает, что компоненты ведут себя по-разному в одном направлении, чем в другом. Однако это не обязательно является недостатком — если решетка должна вести себя в одном направлении (например, в случае с изгибающимися решетками), менеджеры по продукту должны убедиться, что ориентация ячеек конструкции правильно выровнена в этом направлении.

При правильном внедрении DFAM позволяет производителям обойти ограничения устаревших методов производства и сделать возможными совершенно новые вещи. Во многих случаях аддитивное производство деталей, включающих решетчатые структуры, имеет сравнимое, если не превосходящее, качество с деталями, созданными с помощью традиционных процессов.

Узнайте, как Fast Radius способствует инновациям в производстве

Решетчатые конструкции — универсальный и эффективный метод создания деталей, поглощающих и рассеивающих удары, звук и вибрацию. Ключевые соображения при проектировании решетки включают четкое определение требований заранее, выбор подходящих материалов на основе этих требований и желаемой функциональности решетки, а также соответствующую архитектуру структуры решетки. Выбор наилучшего материала для гашения вибрации на основе требуемых рабочих характеристик — это идеальное место для начала, так как это поможет максимизировать способность детали рассеивать энергию и поглощать удары.

Fast Radius стремится использовать передовые технологии, а также проверенные методы, чтобы сделать каждое производство более эффективным и результативным. Мы работаем с каждым из наших клиентов, чтобы оптимизировать детали для дизайна и технологичности, потому что мы гордимся тем, что поставляем компоненты высшего качества вовремя и по конкурентоспособным ценам. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь.