3D 격자 구조: 고급 적층 제조를 위한 설계 원칙과 기계적 거동

2022년 5월 3일 게시

원문은 2022년 5월 3일 fastradius.com에 게재되었습니다.

격자 구조는 복잡한 3차원 형상을 형성하는 주기적인 프레임워크입니다. 적층 제조에서 컴플라이언트 격자는 엔지니어에게 전례 없는 설계 자유도를 제공하여 이전에는 제작 불가능했던 형상을 구현할 수 있게 합니다.

엘라스토머로 제작될 때 이러한 격자는 놀라운 변형 능력을 보입니다. 아키텍처를 조정함으로써 설계자는 강성, 좌굴 거동, 에너지 흡수를 다양한 산업의 요구에 맞춰 정밀하게 튜닝할 수 있습니다.

컴플라이언트 3D 격자를 제작하려면 제조 전문성과 고급 설계 도구가 모두 필요합니다. SyBridge는 광범위한 시뮬레이션 데이터를 바탕으로 구조와 기계적 성능의 상관관계를 검증한 엘라스토머 격자 종합 라이브러리를 다수의 제품 카테고리에 걸쳐 구축해 왔습니다.

적절한 격자 아키텍처 선택은 각 설계 변수가 부품의 기계적 응답에 미치는 영향을 이해하는 데 달려 있습니다. 다음 가이드는 필수 설계 요소를 정리하고 카탈로그에서 대표적인 네 가지 격자 유형을 소개합니다.

엘라스토머 3D 격자 구조의 핵심 설계 요소

엘라스토머 격자 프로젝트에서는 일반적으로 다음과 같은 핵심 요소를 평가합니다:

기하학: 스트럿과 노드의 공간적 구성(단위 세포 크기, 형태, 전체 토폴로지 포함)은 하중 경로와 변형 모드를 직접 결정합니다.
강성/탄성 계수: 미소 탄성 변형 영역에서 정의되며, 주어진 변형을 생성하는 데 필요한 힘을 나타내어 하중 지지 응용 분야에서 중요합니다.
좌굴 응답: 압축 하중 하에서 격자 요소가 좌굴하는 경향은 구조가 탄성 거동을 보일지, 응력 평탄 구간을 보일지, 또는 점진적으로 붕괴할지를 결정합니다.
에너지 소산: 하중 및 언로딩 사이클 동안 기계적 에너지를 흡수하고 소산하는 능력은 특정 격자를 충격 완화나 진동 격리에 이상적으로 만듭니다.

이 격자는 7.5mm 단위 세포와 2mm 트러스 폭을 가지며, 탄성 계수는 0.72 MPa입니다.

좌굴 응답: 명확한 좌굴 불안정성을 보이며, 약 0.05 변형 후 응력이 25 kPa에서 평탄해지고 추가 변형에도 계수가 증가하지 않습니다.

에너지 소산: 비탄성 좌굴 거동은 이력 루프를 생성하여 충격 흡수가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

응용 분야: 개인 보호 장비와 민감한 부품을 보호하는 희생 층으로 이상적이며, 어셈블리 내 부품 간 간극 채움에도 활용됩니다.

단위 세포 크기 10mm, 트러스 폭 2mm, 탄성 계수 0.44 MPa.

좌굴 응답: 뚜렷한 평탄 구간이 없으며, 빔이 완전 압밀될 때까지 탄성적으로 신장하여 부드러운 압축 곡선을 제공합니다.

에너지 소산: 에너지를 탄성적으로 저장하고 빠르게 원상태로 복원되어 탄성 스프링처럼 거동합니다.

응용 분야: 시트 쿠션 및 바디 패드와 같은 정적 압축 제품의 폼 대체재로 적합하며, 육각형 기하학은 패션 중심 디자인에 미적 매력을 제공합니다.

단위 세포 크기 10mm, 트러스 폭 2mm, 탄성 계수 0.07 MPa.

좌굴 응답: 완전 압밀될 때까지 변위당 힘이 증가하는 점진적 신장 거동을 보이며, 응력 평탄 구간은 관측되지 않습니다.

에너지 소산: 켈빈 셀과 유사하게 스프링처럼 거동하여 하중 후 원형상으로 복원됩니다.

응용 분야: 높은 변형률의 탄성 응답으로 정적 압축 폼 대체재에 이상적이며, 경사진 스트럿은 균일한 기계적 성능을 제공합니다.

이 하이브리드 구조는 체심과 단순 입방 토폴로지를 결합하며, 7.5mm 단위 세포와 1mm 트러스 폭을 가집니다. 결과적으로 0.23 MPa의 탄성 계수를 가지며, 이는 단순 입방 및 체심 격자 단독보다 높습니다.

좌굴 응답: BCC 격자는 단순 입방 구성 요소로부터 좌굴을 물려받아 0.12 MPa에서 평탄 구간을 보이지만, 좌굴 후 거동은 더 안정적입니다.

에너지 소산: 탄성 및 좌굴 모드를 혼합함으로써 BCC 격자는 특정 용례에 맞춰 에너지 저장과 방출을 정밀하게 튜닝할 수 있습니다.

응용 분야: 탄성 복원력과 제어된 에너지 소산의 맞춤형 조합이 필요한 제품에 이상적이며, 순수 좌굴 격자보다 더 예측 가능한 응답을 제공합니다.

위에서 소개한 네 가지 격자는 엘라스토머 3D 격자 설계가 달성할 수 있는 것의 표면만 긁은 것입니다. 3D 프린팅 프로젝트를 시작할 준비가 되셨다면 지금 문의하시고 다음 프로젝트를 현실로 만드십시오.

산업기술