격자 구조는 연결되었을 때 3차원 형태를 형성하는 반복 패턴입니다. 적층 제조 맥락에서 순응성(compliant) 격자 구조는 설계자들이 3D 프린팅 기술을 활용해 이전에 '제작 불가능한' 형태와 부품을 만들 수 있게 함으로써 흥미로운 제품 설계 가능성을 열어줍니다. 엘라스토머로 제작될 때 3D 프린팅 격자 구조는 높은 변형성을 가지며, 그 기계적 특성 덕분에 넓은 범위의 반응으로 조정 가능하고 다양한 산업에서 사용될 수 있습니다.
그러나 순응성 3D 격자 구조를 설계하려면 제조 전문성은 물론 적절한 소프트웨어 도구가 필요합니다. Fast Radius에서는 다양한 제품과 응용 분야를 위해 3D 프린팅 격자 구조를 설계하고 테스트해 왔습니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 다양한 격자 구조와 그 기계적 특성을 분류하는 대규모 데이터 라이브러리를 구축했습니다.
제조 프로젝트에 적합한 3D 격자 구조 유형을 찾고 있다면, 다양한 설계 요소가 완성 부품의 기계적 반응에 어떻게 영향을 미칠지 이해하는 것이 필수적입니다. 이를 염두에 두고, 여러분의 프로젝트 적층 제조 잠재력을 탐색하는 데 도움을 드리고자 핵심 3D 격자 설계 요소에 대한 간단한 가이드와 우리 라이브러리에서 선정한 순응성 격자 구조 네 가지 예시를 정리했습니다.
엘라스토머 3D 격자 구조 프로젝트에서는 일반적으로 다음 네 가지 설계 요소 중 일부 또는 전부를 고려합니다:
이 단순 입방체 격자는 단위 세포 크기 7.5mm, 트러스 폭 2mm입니다. 탄성 계수는 0.72MPa입니다.
좌굴 응답: 이 단순 입방체 격자 구조는 좌굴 불안정성을 보입니다. 약 0.05 변형률 후 탄성 계수가 25kPa 응력 고원에서 일정해집니다. 추가 변형이 탄성 계수를 증가시키지 않습니다.
에너지 소산: 단순 입방체 격자는 비탄성 좌굴 거동을 보여 로딩과 언로딩 시 다른 반응을 보입니다. 이 비탄성 거동은 에너지 소산 등 여러 목적에 활용될 수 있습니다.
응용: 이 단순 입방체 격자의 좌굴 응답은 힘 임계값을 생성해 개인 보호 용도와 민감한 부품 차폐에 적합합니다. 이 격자 유형은 어셈블리에서 구성요소 간 간격 채우기에도 효과적입니다.
이 켈빈 세포 격자는 단위 세포 크기 10mm, 트러스 폭 2mm입니다. 탄성 계수는 0.44MPa입니다.
좌굴 응답: 단순 입방체 격자와 달리, 켈빈 세포 격자 구조는 낮은 좌굴점을 가지며, 힘에 반응해 빔이 늘어납니다. 켈빈 세포 격자는 고원이 없으며, 단순 탄성 강성으로 완전히 압축될 때까지 지속적으로 압축됩니다.
에너지 소산: 켈빈 세포 격자는 탄성 변형으로 에너지를 저장하며, 힘이 제거되면 스프링처럼 빠르게 원래 형태로 돌아갑니다.
응용: 켈빈 세포 격자는 정적 압축 하에 있는 제품(좌석 쿠션, 바디 패드 등)의 폼 대체재로 적합합니다. 복잡한 육각 세포로 시각적으로도 인상적이어서 심미적, 패션 용도로도 선택지가 됩니다.
이 체심 격자는 단위 세포 크기 10mm, 트러스 폭 2mm입니다. 탄성 계수는 0.07MPa입니다.
좌굴 응답: 체심 격자 구조는 신장 응답(stretching response)을 보이며, 단위 변위당 힘이 완전히 압축될 때까지 증가합니다. 단순 입방체 격자보다 탄성 계수가 훨씬 낮고, 고원 응력이 없습니다.
에너지 소산: 켈빈 단위와 마찬가지로 체심 격자는 탄성 변형으로 에너지를 저장하고, 힘이 제거되면 스프링처럼 원래 형태로 돌아갑니다.
응용: 높은 변형률 탄성 응답으로 체심 격자는 정적 압축 하의 제품(폼 대체재)으로 적합합니다. 세포 중심 쪽으로 향하는 경사 스트럿이 응답을 고르고 일관되게 만듭니다.
체심 입방체(BCC) 격자는 체심 격자와 단순 입방체 격자를 단일 구조로 결합합니다. 이 격자는 단위 세포 크기 7.5mm, 트러스 폭 1mm입니다. 탄성 계수는 0.23MPa로, 위에 나열된 단순 입방체와 체심 입방체 격자보다 높습니다.
좌굴 응답: BCC 격자는 두 유형의 3D 프린팅 격자를 결합하므로, 그 응답은 둘의 결합입니다. 이 격자는 단순 입방체 격자처럼 고원 응력(0.12MPa)으로 좌굴하지만, 좌굴 후 행동이 더 안정적입니다.
에너지 소산: BCC 격자는 탄성 응답과 좌굴 응답을 모두 가지므로, 에너지 저장과 소산을 특정 응용 분야에 맞게 조정할 수 있습니다.
응용: BCC 격자는 맞춤형 탄성 및 좌굴 응답이 유리한 응용 분야에 특히 유용합니다. 또한 단순 입방체 격자에서 보이는 순수 좌굴보다 더 안정적인 응답으로 에너지 소산이 필요한 경우에도 잘 작동합니다.
위에 강조된 네 구조는 엘라스토머 3D 격자 구조 설계로 가능한 것의 표면만 긁은 것입니다. 더 자세히 알아보려면 Rawlings와 Steelcase 같은 기업들이 3D 프린팅 격자 구조로 혁신적인 신제품을 만든 사례 연구를 확인하세요. 여러분만의 3D 프린팅 프로젝트를 시작할 준비가 되었다면, 오늘 저희에게 연락해 다음 프로젝트를 가능하게 하세요.
산업기술
적층 제조의 성장과 함께 격자 구조, 즉 반복되는 단위 셀로 구성된 구조에 대한 관심이 뜨겁습니다. 이전에는 제조가 불가능했던 격자는 이제 경량화, 폼 대체, 열전달 향상, 심미성, 소음·충격 흡수 등 다양한 기능에 활용됩니다. 격자를 제조할 수 있는 장비가 있어도 이를 설계할 강력한 소프트웨어가 없으면 소용없습니다. 다행히 고급 모델링 분야에서 많은 혁신이 있었습니다. 새로운 가능성을 여는 기업 중 하나가 nTopology입니다. nTopology의 소프트웨어 nTop Platform이 격자 설계 워크플로를 어떻게 한 단계 끌
적층 제조는 제조 가능성의 새로운 시대를 열었습니다. 3D 프린팅 기술은 전례 없는 속도와 정밀도로 복잡한 치수와 각도를 가진 이전에는 제작 불가능한 부품을 만들 수 있게 해줍니다. 그러나 소재를 층층이 쌓아 올리는 적층 제조 공정의 특성상, 프린팅 중 중력(내부 압력)을 관리하기 위해 부품에 서포트가 필요한 경우가 많습니다. 서포트 없이 주변 소재로 받쳐지지 않으면 적층이 무너져 프린팅이 실패합니다. 이 문제를 해결하기 위해 3D 프린팅 부품에 서포트 구조를 설계해야 할 때가 있습니다. 속도, 품질, 비용 측면에서 3D 프린팅
