3D 격자 구조:고급 적층 제조를 위한 설계 원리 및 기계적 동작

2022년 5월 3일 게시

원래 2022년 5월 3일 fastradius.com에 게시됨

격자 구조는 복잡한 3차원 기하학적 구조로 조립되는 주기적인 프레임워크입니다. 적층 가공에서는 규정을 준수하는 격자가 전례 없는 설계 자유를 제공하여 엔지니어가 이전에는 달성할 수 없었던 형상을 생산할 수 있게 해줍니다.

엘라스토머로 제작할 때 이러한 격자는 놀라운 변형성을 나타냅니다. 설계자는 아키텍처를 맞춤화함으로써 다양한 산업의 요구 사항을 충족하도록 강성, 좌굴 동작 및 에너지 흡수를 미세 조정할 수 있습니다.

규정을 준수하는 3D 격자를 만들려면 제조 전문 지식과 고급 설계 도구가 모두 필요합니다. SyBridge에서는 구조와 기계적 성능을 연관시키는 광범위한 시뮬레이션 데이터를 기반으로 다양한 제품 범주에 걸쳐 포괄적인 탄성 격자 라이브러리를 엔지니어링하고 검증했습니다.

올바른 격자 아키텍처를 선택하는 것은 각 설계 변수가 부품의 기계적 반응에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 데 달려 있습니다. 다음 가이드에서는 필수 디자인 요소를 추출하고 당사 카탈로그의 네 가지 대표적인 격자 유형을 제시합니다.

엘라스토머 3D 격자 구조의 주요 설계 요소

엘라스토머 격자 프로젝트는 일반적으로 다음 핵심 요소를 평가합니다:

기하학: 단위 셀 크기, 모양, 전체 토폴로지를 포함한 스트럿과 노드의 공간 구성은 하중 경로와 변형 모드를 직접적으로 제어합니다.
강성/탄성률: 작은 탄성 변형에 대해 정의된 이 측정 기준은 주어진 변형을 달성하는 데 필요한 힘을 나타내며 하중 지지 응용 분야에 중요합니다.
좌굴 반응: 압축 하중 하에서 휘어지는 격자 요소의 성향에 따라 구조가 탄력적으로 거동하는지, 응력 안정 상태를 나타내는지 또는 점진적으로 붕괴되는지가 결정됩니다.
에너지 소산: 로딩 및 언로딩 주기 동안 기계적 에너지를 흡수하고 분산시키는 능력은 특정 격자를 충격 완화 또는 진동 차단에 이상적으로 만듭니다.

이 격자는 7.5mm 단위 셀과 2mm 트러스 폭을 갖추고 있어 0.72MPa의 모듈러스를 생성합니다.

좌굴 반응: 명확한 좌굴 불안정성을 나타냅니다. ~0.05의 변형률 이후에는 응력이 25kPa에서 안정되고 추가 변형으로 인해 모듈러스가 증가하지 않습니다.

에너지 소산: 비탄성 좌굴 거동으로 인해 히스테리시스 루프가 발생하므로 충격 흡수가 필요한 용도에 적합합니다.

애플리케이션: 개인 보호 장비 및 민감한 부품을 보호하는 희생층으로 이상적인 이 격자는 조립품의 부품 간 간격을 채울 수도 있습니다.

단위 셀 크기 10mm, 트러스 폭 2mm, 모듈러스 0.44MPa.

좌굴 반응: 뚜렷한 고원이 부족합니다. 빔은 완전히 압축될 때까지 탄력적으로 늘어나 부드러운 압축 곡선을 제공합니다.

에너지 소산: 에너지를 탄력적으로 저장하고 탄력 있는 스프링처럼 빠르게 원래 모양으로 돌아갑니다.

애플리케이션: 시트 쿠션, 신체 패드 등 정적 압축 제품의 폼 대체재로 적합하며 육각형 기하학은 패션 중심 디자인에 미적 매력을 더해줍니다.

단위 셀 크기 10mm, 트러스 폭 2mm, 모듈러스 0.07MPa.

좌굴 반응: 완전 압축까지 변위당 힘이 증가하면서 점진적인 신축 동작을 보여줍니다. 스트레스 안정기는 관찰되지 않습니다.

에너지 소실: 켈빈 단위와 유사하게 스프링처럼 작동하며 로드 후 모양으로 돌아갑니다.

애플리케이션: 높은 변형률과 탄성 반응으로 인해 정적 압축 폼 교체에 이상적이며, 각진 지지대는 균일한 기계적 성능을 제공합니다.

이 하이브리드 구조는 차체 중심 및 단순한 입방체 토폴로지를 결합하고 7.5mm 단위 셀과 1mm 트러스 폭을 갖추고 있습니다. 결과 모듈러스는 0.23MPa로 단순한 입방체 격자와 체심 격자 단독보다 높습니다.

좌굴 반응: BCC 격자는 단순 입방체 구성요소로부터 좌굴을 상속하여 0.12MPa의 안정기를 나타내지만 좌굴 후 동작은 더 안정적입니다.

에너지 소산: BCC 격자는 탄성 모드와 좌굴 모드를 혼합하여 특정 사용 사례에 맞게 에너지 저장 및 방출을 정밀하게 조정할 수 있습니다.

애플리케이션: 탄성 탄력성과 제어된 에너지 소산의 맞춤형 조합이 필요한 제품에 이상적이며 순수 좌굴 격자보다 더 예측 가능한 반응을 제공합니다.

위에 강조 표시된 4개의 격자는 탄성 3D 격자 설계로 달성할 수 있는 기능의 표면적인 부분일 뿐입니다. 3D 프린팅 프로젝트를 시작할 준비가 되셨다면 지금 저희에게 연락하셔서 다음 프로젝트를 진행해 보세요.

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