1. 晶格结构介绍
晶格是由节点和梁或支柱组合的网络组成的二维或三维微体系结构，可显著减轻零件重量并保持结构完整性。它们具有独特的特性（变形模式，材料效率等）和美观性。这些晶格结构中的许多结构都受天然晶体结构的启发。而且由于其固有的小特征，过去虽然已经开发出用于制造晶格结构的多种常规制造技术（例如熔模铸造，变形成形和金属线方法）。然而，这些过程依赖于具有精确过程控制的复杂设备，并且需要进一步的组装或结合步骤以产生期望的结构。另外，使用这些过程时，可能的体系结构非常有限。
近年来增材制造（AM）工艺的发展刚好使得工程师能够发挥晶格结构的功能，以增强其产品的性能。晶格结构的结合使工程师可以通过重新考虑其零件的理想性能来探索更多的设计选项。通过晶格技术，可以将晶格参数精确调整到零件上的物理负载，将零件的整体质量减少90％或更多。晶格结构设计的用途如下：
tianch晶格的好处一直以来都是众所周知的。您可以看到自然界中的晶格（例如骨骼，金属晶体学等）以及现代建筑。以艾菲尔铁塔为例：金属晶格结构具有的高强度/重量比使这项巨大的建筑成就成为可能。同样，在产品设计中，晶格的机械优势（例如，高表面积，出色的减震，冲击保护）使产品设计人员能够克服传统制造的限制，从而创造出新的且性能更高的产品。
通常，有两种方法可以改善给定零件的强度重量比。通过传统制造，可以通过减少非关键区域的材料以优化材料使用来实现。通过网格化，您可以去除零件关键区域中的材料。尽管晶格的确降低了零件的整体强度，但减轻重量可以改善这种强度重量比。
晶格不仅重量轻，而且可以释放大量的表面积，这对于促进热交换和化学反应的产品而言是一个关键优势。考虑服务器和数据中心的计算器中使用的热交换器。通常，处理器的性能受产生的热量限制。目标是从芯片上去除热量并将其散发到大气中，通常是借助风扇。该系统的整体效率与散热器（将热量从芯片带走的金属片）上的表面积大小有关。晶格可以显著增加可用的表面积，或者通过避免复杂的加工程序来更经济地产生该表面积。实际上，这种效率增益可以在许多不同类型的热交换器应用中实现，在这些应用中，如果不进行增材制造，很难或几乎不可能创建具有大表面积的小特征。
晶格还可以通过更好地吸收冲击能量来帮助保护产品免于跌落或碰撞。晶格可以集成到产品（例如橄榄球头盔）中以减少冲击应力，也可以用作牺牲特性以保护产品的关键组件。例如，可以在电子组件周围或内部使用晶格，以保护其免受动态事件（如太常见的意外跌落）的影响。
增材制造的晶格还为工程师提供了一种消除机械噪声（例如振动）的新方法，这种噪声可能会使用户感到不舒服，甚至降低机器性能。晶格由于其低刚度以及承受和恢复大应变的能力而有效地减轻了振动。例如，晶格可以集成到重型设备的隔离垫中，以减少进入制造系统的能量。晶格的可调性使工程师可以优化设计以匹配其特定应用。
图1 多种晶格结构设计应用之产品
2. 遵循DFAM原理释放晶格的潜力
增材制造确实可以带来许多新产品机会，但是在3D打印功能晶格之前您需要确认一些设计因素。在这里可以进行面向增材制造（DFAM）设计。DFAM帮助设计工程师确保其打印零件符合设计意图。
晶胞是晶格中的重复单元，最常见的晶胞结构包括立方、星形、八边形、六边形、菱形和四面体等。可以调整甚至混合晶胞结构以获得所需的系统响应，但您的选择会有影响。一些结构更有效（较高的刚度/重量比），另一些则更好地阻尼能量，而另一些在美学上更令人愉悦。需要权衡优势和劣势，以便为您的设计做出正确的选择。
晶胞大小和密度是指单个单位晶格的大小以及在一个空间中重复多少个单元。晶胞大小本身取决于其成员和连接节点的厚度和长度。较大的晶胞可以更容易打印，刚性也比较高。同样，较小的晶胞可实现更均匀的系统响应，但受特征尺寸限制。
您选择的材料可以定义可能的晶格属性。弹性或软材料，通常需要较小且密集的晶胞群以减少打印过程中的溃散。用更刚性的材料打印的晶格通常允许具有更薄构件和更大单元尺寸的更大设计范围。
晶胞打印的角度会影响打印的成功与否，因为它会影响所需支撑物的数量和位置。精心挑选和定向的晶格是自支撑的，不需要单独的支撑。通常可以使用旋转结构以减少支撑。考虑一个大型的立方桁架，如果直接打印在构建平台上，则水平构件将不受支撑。但是，如果仅将结构旋转45度，则这些构件现在将自支撑。
晶格的重复细胞打开了无数尺寸，形状和性能属性的大门。晶格固有的复杂性使它们几乎不可能用增材制造以外的任何其他方式来制造。增材制造技术所具有的独特功能使其非常适合于制造具有晶格结构的零件。它提供了新的机会，可以自动灵活地制造形状和结构复杂的零件，而这些零件和结构是常规制造工艺无法生产的，从而实现了前所未有的设计灵活性和应用机会。
图2 晶格结构特征条件
|
