3D 인쇄 격자 구조가 부품을 개선하는 방법

3D 인쇄된 격자 구조는 적층 제조의 가장 큰 판매 포인트 중 하나입니다. 3D 프린팅이라는 독특한 공정을 통해 제작하기 쉽고 실용적인 이점이 많습니다.

격자 구조는 본질적으로 3D 인쇄 부품의 내부 형상을 구조화하는 방법인 채우기 패턴입니다. 엔지니어는 플라스틱이나 금속으로 된 단단한 블록을 3D로 인쇄하는 대신 부분적으로 비어 있는 겹치는 인터로킹 패턴을 사용할 수 있습니다. 이러한 격자가 적절하게 설계되면 부품의 기계적 특성을 크게 향상시켜 더 가볍고 강하게 만들 수 있습니다.

중요한 것은 격자 구조는 모든 전문가급 3D 프린터에서 제작할 수 있다는 것입니다. 그리고 더 중요한 것은 이러한 구조는 다른 제조 기술을 사용하여 적절하게 생산할 수 없다는 것입니다. 빼기 기술은 외부를 절단하지 않고 부품 내부를 절단할 수 없는 반면, 금형은 단순히 액체 재료로 "채워집니다". 3D 프린터에서와 같이 액체 재료가 제자리에 떨어지는 방법을 선택할 수 없습니다.

이 기사에서는 3D 인쇄된 격자 구조가 어떻게 만들어지고 항공 우주 산업과 같은 곳에서 이러한 구조가 유용하게 활용되고 있는지 살펴봅니다.

3D 인쇄 격자는 어떻게 만드나요?

격자 구조는 다리와 목조 주택과 같은 장소에서 어디에서나 볼 수 있습니다. 에펠탑은 아마도 세계에서 가장 유명한 격자 또는 트러스 구조의 예일 것입니다. 중첩된 빔이 안정적이지만 대부분 속이 빈 구조를 형성합니다.

3D 인쇄 부품에서 이러한 구조를 복제하는 것이 가능합니다. 그리고 일반적으로 격자 프레임워크를 수동으로 설계할 필요가 없습니다. 사용자가 선택한 매개변수를 기반으로 격자 패턴을 자동으로 생성하는 여러 격자 생성 도구가 있습니다. 상업적으로 사용 가능한 도구에는 토폴로지, Autodesk Inside 및 Meshify가 있습니다.

그러나 모든 격자가 같은 것은 아닙니다. 사실, 격자 구조는 아래에 설명된 주요 변형과 함께 여러 면에서 다양합니다.

세포 구조

세포는 격자 구조를 구성하는 개별 단위입니다. 특정 기계적 용도를 위해 여러 모양을 결합할 수 있지만 일반적으로 정육면체, 별, 육각형, 팔각형 등과 같은 기하학적 모양으로 인식할 수 있습니다. 때때로 세포는 식별할 수 있는 패턴 없이 완전히 불균일합니다.

궁극적으로 셀 구조(모양과 크기 모두)는 강도, 무게, 탄성 및 기타 요소 면에서 부품이 작동하는 방식에 영향을 미칩니다.

셀 방향

세포의 구조와 크기를 결정하는 것은 이야기의 절반에 불과합니다. 격자 내의 모양은 다양한 방식으로 방향을 지정할 수 있으며, 이는 부품의 궁극적인 성능에도 영향을 미칩니다. 방향은 인쇄 제약 조건에 의해 결정되어야 합니다. 예를 들어 특정 방향에는 더 많은 지지 구조가 필요합니다.

격자 재료

모든 재료가 모든 격자 구조를 인쇄할 수 있는 것은 아닙니다. 부드럽고 탄성이 있는 재료는 일반적으로 큰 셀 구조로 인쇄하면 안 됩니다. 큰 다공성 부분이 부품을 처지게 할 수 있기 때문입니다. 대부분의 경우 격자 재료는 쉘 또는 외부 재료와 동일하지만 다중 압출기 프린터는 이와 관련하여 약간의 유연성을 제공합니다.

3D 인쇄 격자의 이점은 무엇입니까?

격자 구조를 3D 인쇄 부품에 통합함으로써 엔지니어는 무게 감소, 부품 강도 향상 및 충격 흡수와 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

무게 감소는 아마도 이러한 이점 중 가장 중요하고 엔지니어가 패턴이 있는 내부 형상으로 인쇄된 구조를 최적화하려는 주된 이유일 것입니다. 격자 구조의 주요 특징은 부분적으로 속이 비어 있다는 것입니다. 셀에는 빈 공간이 있으므로 내부 격자 패턴을 사용하지 않으면 속이 채워진 동등한 부품보다 전체 재료가 적습니다.

전체 재료가 적다는 것은 질량이 적다는 것을 의미하며, 이는 자동차 및 항공 우주와 같은 산업의 AM 사용자에게 큰 이점입니다. 사실, 가장 흥미로운 격자 연구 중 일부는 Boeing과 같은 회사가 초경량 고급 격자 재료를 개발한 항공우주 분야에서 진행되고 있습니다.

재료가 적으면 지출도 줄어듭니다. 격자 구조의 부품을 생성함으로써 엔지니어는 열등한 부품보다 실제로 비용이 적게 드는 우수한 부품을 만들 수 있습니다.

그러나 격자 구조의 요점은 부품의 무결성을 손상시키지 않으면서 질량을 줄이는 것입니다. 부품에 임의의 구멍을 뚫으면 부품이 더 부서지기 쉽고 파손될 가능성이 높아지지만 3D 인쇄된 격자 구조는 가능한 가장 구조적으로 효과적인 방식으로 재료를 사용하도록 설계되어 중공 섹션이 취약성이 아니라 강점이 되도록 합니다.

격자의 빈 공간이 충격 흡수를 개선하고 충격 응력을 줄이는 역할을 하기 때문에 격자 구조가 있는 부분적으로 속이 빈 부품은 실제로 단단한 등가물보다 더 강할 수 있습니다. 큰 셀 격자 구조를 가진 부품은 매우 유연하고 탄성이 있어 취성과 파손 가능성을 줄입니다.

덜 중요하지만 여전히 주목할만한 것은 격자의 미학입니다. 이러한 복잡한 패턴은 엔지니어가 3D 프린터로 만들 수 있는 가장 인상적인 형태 중 하나이므로 인쇄된 격자가 있는 부품은 실용적일 뿐만 아니라 시각적으로도 매력적입니다.

3D 인쇄 격자 요약의 이점:

• 경량
• 재료 사용량 감소
• 강함
• 충격 흡수
• 미학

CNC 기계가 격자 구조를 만들 수 있습니까?

요컨대, 아닙니다. CNC 기계 및 기타 절삭 가공 기술은 절단 도구를 사용하여 단단한 블록에서 재료를 제거하기 때문에 3D 격자 구조를 만들 수 없습니다. CNC 기계는 격자 셀의 첫 번째 행에서 속이 빈 부분을 잘라낼 수 있지만 절단 도구는 막다른 골목에 부딪힐 것입니다. 속이 찬 부분이 방해가 되기 때문에 속이 빈 부분의 다음 행을자를 수 없습니다.

3D 프린터는 부품을 조각이나 횡단면으로 제작하여 단단한 블록에서 잘라내는 것이 아니라 아무것도 없는 상태에서 구성하기 때문에 이 문제가 발생하지 않습니다. 따라서 적층 제조는 격자 구조를 만들기 위한 최고의 제조 기술과는 거리가 멀습니다.

그러나 CNC 기계는 그릴과 같은 2D 격자 구조를 효과적으로 생성할 수 있으며 이러한 특정 CNC 기계 격자는 실제로 3D 인쇄 격자보다 더 강할 수 있습니다.

3D 인쇄 격자의 실제 적용은 무엇입니까?

3D 인쇄된 격자 구조는 이미 많은 산업 분야에서 응용되고 있습니다. 상업용 스펙트럼의 엔지니어와 제품 설계자가 부품을 경량화하고 강화하는 방법을 끊임없이 모색하고 있기 때문입니다.

무게 감소는 항공우주에서 특히 중요합니다. 및 자동차 무거운 부품은 일반적으로 차량 속도를 줄이고 연료 사용을 증가시키기 때문에 산업. 따라서 경량 부품이 훨씬 더 바람직합니다.

트러스 구조가 수백 년 동안 건축에 존재해 왔다는 점을 감안할 때, 격자의 소형 버전이 오늘날의 건축에서도 인기를 얻고 있는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 풍경. 그리고 격자 구조가 정밀하게 설계될 수 있기 때문에 연구원들은 소음을 줄이는 3D 패턴을 생성하여 건물의 단열재를 잠재적으로 개선할 수 있는 방법을 찾았습니다.

3D 인쇄 격자는 의류 에서도 볼 수 있습니다. 및 신발 , 아디다스와 같은 회사에서 운동화 중창에 3D 인쇄된 엘라스토머 격자를 사용합니다. 이 격자는 1990년대의 유비쿼터스 "기포"보다 훨씬 더 우수하고 과학적으로 정당화될 수 있는 엄청난 양의 바운스를 가진 가벼운 쿠션을 제공합니다.

3ERP를 사용한 3D 인쇄 격자

3ERP는 3D 프린팅된 부품 및 프로토타입의 경험이 풍부한 제공업체이며 다양한 응용 분야를 위한 고품질 격자 부품을 생산할 수 있습니다.

당사의 적층 제조 서비스에는 FDM, SLA, SLS 및 SLM이 포함되며 모두 복잡한 내부 형상을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

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