金屬陶瓷3D打印晶格結(jié)構(gòu)，升華三維有突破

來(lái)源：升華三維

晶格結(jié)構(gòu)是一種可以使零件更輕、更堅(jiān)固，更有效地吸收沖擊力，并更好地根據(jù)不同用途進(jìn)行個(gè)性化定制的強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能。但在制造復(fù)雜內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的零件時(shí)，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)制造技術(shù)來(lái)制作。而3D打印突破傳統(tǒng)加工的思維模式，采用數(shù)字建模并直接打印成型的技術(shù)特性使之在晶格結(jié)構(gòu)制備方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

晶格是由節(jié)點(diǎn)和梁或支柱組合的網(wǎng)絡(luò)組成的二維或三維微體系結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它就是3D打印物件最常見(jiàn)的一種鏤空的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并不是隨機(jī)堆砌出來(lái)的，而是結(jié)合晶體學(xué)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以這種鏤空的結(jié)構(gòu)在專業(yè)上被叫做晶格。在業(yè)內(nèi)，晶格結(jié)構(gòu)被定義為包含在3D空間中重復(fù)對(duì)齊的互連支柱或板陣列的復(fù)雜架構(gòu)。它是指某種結(jié)構(gòu)的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結(jié)構(gòu)，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構(gòu)、均勻異構(gòu)、非均勻同構(gòu)和非均勻異構(gòu)四種。

△3D打印的晶格結(jié)構(gòu)綜合展示樣品（樣品來(lái)源：升華三維）

升華三維晶格設(shè)計(jì)打印能力
近日，升華三維采用自主研發(fā)的UPrise3D切片軟件的填充功能，進(jìn)行獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成了對(duì)指定區(qū)域的不同晶格結(jié)構(gòu)的打印成型和脫脂燒結(jié)。重點(diǎn)展示晶格結(jié)構(gòu)在金屬陶瓷3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造。

△晶格結(jié)構(gòu)打印案例（視頻來(lái)源：升華三維）

UPrise 3D切片軟件是升華三維——金屬/陶瓷間接3D打印全工藝鏈解決方案的重要軟件。是支持三維模型到打印成型的核心技術(shù)系統(tǒng)，擁有增材制造切片軟件的全部功能。而在輕量化設(shè)計(jì)填充模塊中有網(wǎng)格、直線、三角形、內(nèi)六角、立方體、立方體分區(qū)、八角形、四面體、同心圓、鋸齒狀、交叉、交叉3D、螺旋二十四面體等晶格圖案，并且可根據(jù)設(shè)置實(shí)時(shí)顯示已選擇的晶格的元素?cái)?shù)量，如角度、節(jié)點(diǎn)、體積，孔隙率等。

△具有多種晶格設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（來(lái)源：升華三維）

由于晶格結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使用典型的CAD工具將它們建模到零件中是不切實(shí)際的。通常情況下，零件實(shí)體會(huì)在CAD中進(jìn)行繪制。然后，把設(shè)計(jì)好的零件模型導(dǎo)入到另一個(gè)軟件包中以生成晶格結(jié)構(gòu)。用于此目的的軟件程序主要包括Netfabb和nTopology。而基于升華三維UPrise3D切片軟件同樣有強(qiáng)大的晶格生成能力，可以產(chǎn)生非常復(fù)雜的點(diǎn)陣設(shè)計(jì)。基于軟件自帶的圖案填充模塊，對(duì)零件模型特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)晶格設(shè)計(jì)，并且晶格圖案及參數(shù)可自主調(diào)節(jié)。從而幫助用戶設(shè)計(jì)出可3D打印的晶格結(jié)構(gòu)。

△晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（視頻來(lái)源：升華三維）

3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
·減少材料和使用成本：晶格設(shè)計(jì)可以通過(guò)去除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來(lái)減少材料浪費(fèi)。比如在航空航天工業(yè)中，晶格結(jié)構(gòu)的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用。晶格結(jié)構(gòu)的引入意味著將使用更少的材料，并在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下，節(jié)省更多成本。
·輕量化：通過(guò)晶格技術(shù)減少材料使用還有另一個(gè)好處就是減輕重量。可以將晶格參數(shù)精確調(diào)整到零件上的物理負(fù)載，將零件的整體質(zhì)量減少90％或更多。還具有許多優(yōu)勢(shì)，從減少汽車應(yīng)用中的燃料使用到改善醫(yī)療案例中的患者恢復(fù)時(shí)間，還有減輕飛機(jī)、航天器的重量。

△3D打印的氧化物陶瓷晶格構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

·改進(jìn)的強(qiáng)度重量比。通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效零件強(qiáng)度重量比。這對(duì)需要推重比最大化的汽車和航空航天領(lǐng)域具有非常重要的意義。

△3D打印的金屬晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

·高表面積。一些應(yīng)用側(cè)重于最大化表面積，而不是機(jī)械強(qiáng)度。利用晶格技術(shù)，可以提供更多曲面，大量釋放表面積，而不會(huì)增加其總體占地面積，這對(duì)于促進(jìn)熱交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品而言是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

·出色的減震和沖擊保護(hù)。晶格結(jié)構(gòu)在消散震力和沖擊載荷方面非常有效，因?yàn)閱卧�結(jié)構(gòu)有助于整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少?zèng)_擊應(yīng)力，也可以用作犧牲特性以保護(hù)產(chǎn)品的關(guān)鍵組件免受意外跌落等動(dòng)態(tài)事件的影響。
·理想的生物相容。在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)，令構(gòu)造物具有接近周圍骨組織的機(jī)械性能，讓植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合，以促進(jìn)骨生長(zhǎng)。

3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的適用領(lǐng)域
晶格結(jié)構(gòu)是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)�；�于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，例如使用水射流切割、鑄造、化學(xué)鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造，耗時(shí)、昂貴，并且無(wú)法達(dá)到高分辨率。而采用3D打印的數(shù)字化制造方式，可實(shí)現(xiàn)以較低的成本和時(shí)間制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀，這一顯著的優(yōu)勢(shì)讓其成為理想的零件成形方式，并讓其收獲了各行業(yè)無(wú)數(shù)用戶的擁躉。目前，除了在消費(fèi)品、體育用品、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，更適用于汽車零件、再生醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造。超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)向著多個(gè)行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用進(jìn)行著持續(xù)性的推廣和研究：
·再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：骨組織支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的晶格，其規(guī)則的孔洞能夠在促進(jìn)組織生長(zhǎng)的同時(shí)提供結(jié)構(gòu)性支撐，其晶格成型難的問(wèn)題可以采用3D打印技術(shù)得到解決。

△3D打印的生物陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

·汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域：汽車設(shè)計(jì)的多孔或者蜂窩狀吸能盒可以有效提高汽車的安全性能，其具備優(yōu)異力學(xué)性的結(jié)構(gòu)面臨著成型成本高昂的問(wèn)題，但可以使用先進(jìn)的3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化解決。

·航空領(lǐng)域：所需要的機(jī)翼夾層結(jié)構(gòu)中的晶格設(shè)計(jì)同樣具備很高的強(qiáng)重比優(yōu)勢(shì)，其成型工藝同樣可以運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行。同時(shí)，超輕型陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的開發(fā)也將解決深空探測(cè)器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能集成。

△3D打印的特種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

創(chuàng)新和探索——升華三維從未止步
總體來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)的最大價(jià)值之一在于能成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新成為3D打印技術(shù)深化應(yīng)用的核心。但目前，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝的結(jié)合方面仍具有局限性，晶格結(jié)構(gòu)能否與打印路徑匹配，晶格結(jié)構(gòu)的打印效率如何以及在晶格單元胞結(jié)構(gòu)的開發(fā)與創(chuàng)新、單元胞結(jié)構(gòu)的性能研究方面仍有待探索。

同時(shí)目前市面上大多數(shù)的晶格設(shè)計(jì)軟件也幾乎都有局限性，比如晶格種類過(guò)少、生成的晶胞質(zhì)量本身有問(wèn)題、效果不理想，另外軟件操作門檻較高等，種種弊端讓晶格的設(shè)計(jì)與應(yīng)用不能實(shí)現(xiàn)很好的銜接。

升華三維作為目前國(guó)內(nèi)具備金屬/陶瓷材料開發(fā)制備、金屬/陶瓷3D打印機(jī)研發(fā)生產(chǎn)、切片軟件開發(fā)到3D打印工藝、脫脂及燒結(jié)工藝一整套金屬/陶瓷間接3D打印工藝鏈及解決方案的供應(yīng)商。一直致力于面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造的難題，積極貫通金屬/陶瓷制造全鏈條、全流程、全配套的高附加值服務(wù)�；�于升華三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法，可根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求進(jìn)行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與填充制造，快速落地應(yīng)用。

△多孔陶瓷構(gòu)件應(yīng)用案例（來(lái)源：升華三維）

未來(lái)，隨著先進(jìn)制造工藝的快速發(fā)展，超材料的晶格結(jié)構(gòu)的制造成為可能。升華三維將繼續(xù)深化對(duì)金屬、陶瓷及其他先進(jìn)材料的開發(fā)與研究，增強(qiáng)對(duì)大尺寸、高性能、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)層內(nèi)各種穿插、交織、多孔等三維結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度、剛度、韌性、耐久性等多性能的完美平衡，為客戶提供理想的產(chǎn)品。相信，未來(lái)還會(huì)有更多晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在更多領(lǐng)域中，讓我們不斷在改進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能設(shè)計(jì)中，贏得更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

晶格結(jié)構(gòu)做的很精細(xì)了