Максимизация поглощения ударов, шума и вибраций с 3D-печатными решетчатыми структурами

Опубликовано 19 августа 2021 года

Решетки — это 3D-микроархитектуры, составленные из повторяющихся элементарных ячеек, образованных пересекающимися балками и узлами. За прошедшее десятилетие они стали краеугольным камнем легкого дизайна, доставляя прочность и жесткость традиционных компонентов при использовании значительно меньшего материала. Помимо экономии веса, решетки отлично поглощают удары, демпфируют вибрации и снижают шум, потому что их сети низкой жесткости могут деформироваться и восстанавливаться под нагрузкой.

Ударный пример их реального влияния — подошва Adidas Futurecraft 4D. Партнерствуя с Carbon, чья технология Digital Light Synthesis™ позволяет точное фабрикование решеток, Adidas спроектировал подошву, балансирующую устойчивость, гибкость и превосходный возврат. Результат — высокопроизводительная обувь, минимизирующая удары для атлетов при поддержании легкого профиля.

Продуктовые менеджеры, стремящиеся использовать решетчатую технологию для вибро- и энергодемпфирования, должны учитывать три ключевых фактора: выбор материала, дизайн решетки и ограничения аддитивного производства.

Понимание решеток

Традиционные вычитательные методы борются за производство сложной геометрии решеток, делая 3D-печать методом выбора. Аддитивное производство позволяет подход «инверсного дизайна» — проектирование оптимальной материальной раскладки для конкретного применения вместо подгонки существующего материала к работе.

Выбор материала критичен. Например, EPU 40 предлагает превосходное демпфирование вибраций по сравнению с EPU 41, поэтому выбор материала, соответствующего желаемым демпфирующим характеристикам, может драматически улучшить производительность.

Пока материал важен, геометрия решетки часто диктует эффективность демпфирования. Изгибающиеся решетки высокоупруги и пружинистые, тогда как разрушающиеся решетки позволяют отдельным балкам гнуться, обеспечивая исключительную диссипацию энергии. Дополнительные поверхностные обработки могут дополнительно улучшить демпфирование.

В микро-масштабе, элементарная ячейка — повторяющийся паттерн балок и узлов — драйвит поведение решетки. Открытые, разреженные ячейки производят мягкие решетки; более плотные ячейки с большим количеством треугольников и балок дают жесткие структуры. Тип ячейки, размер, ориентация и толщина балки относительно размера ячейки все влияют на коэффициент демпфирования материала и, следовательно, на его поглощение ударов.

Проектирование для аддитивного производства

Успешное производство решеток опирается на принципы DFAM (Design for Additive Manufacturing). Инженеры должны обеспечивать печатаемость решетки, учитывая процесс, ориентацию и необходимые поддержки.

Ориентация решетки вводит анизотропию — свойства отличаются вдоль разных осей. Хотя это не обязательно недостаток, выравнивание ориентации с предполагаемым направлением нагрузки (например, поведением при потере устойчивости) может оптимизировать производительность.

Когда DFAM применяется правильно, аддитивно произведенные решетчатые детали часто соответствуют или превосходят качество компонентов, произведенных традиционными методами, разблокируя новые возможности, ранее недостижимые.

SyBridge: Драйвинг инноваций в производстве решеток

Создание эффективных решетчатых структур требует четких предварительных требований, выбора материала, выровненного с целями производительности, и тщательного архитектурного дизайна. Начиная с правильного демпфирующего материала, вы максимизируете диссипацию энергии и поглощение ударов детали.

SyBridge смешивает передовые технологии с проверенными методами для улучшения каждой стадии производства. Мы партнерствуем с клиентами для оптимизации дизайнов как для производительности, так и для мануфактурируемости, доставляя высококачественные компоненты вовремя и в рамках бюджета. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы исследовать, как мы можем помочь вашему следующему проекту.