金屬陶瓷3D打印晶格結(jié)構(gòu)，升華三維有突破

來源：升華三維

晶格結(jié)構(gòu)是一種可以使零件更輕,、更堅固，更有效地吸收沖擊力,，并更好地根據(jù)不同用途進行個性化定制的強大設(shè)計功能,。但在制造復(fù)雜內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的零件時，無法通過傳統(tǒng)制造技術(shù)來制作,。而3D打印突破傳統(tǒng)加工的思維模式,，采用數(shù)字建模并直接打印成型的技術(shù)特性使之在晶格結(jié)構(gòu)制備方面具有獨特的優(yōu)勢。

晶格是由節(jié)點和梁或支柱組合的網(wǎng)絡(luò)組成的二維或三維微體系結(jié)構(gòu),。簡單地說,，它就是3D打印物件最常見的一種鏤空的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并不是隨機堆砌出來的,，而是結(jié)合晶體學(xué)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,，所以這種鏤空的結(jié)構(gòu)在專業(yè)上被叫做晶格。在業(yè)內(nèi),，晶格結(jié)構(gòu)被定義為包含在3D空間中重復(fù)對齊的互連支柱或板陣列的復(fù)雜架構(gòu),。它是指某種結(jié)構(gòu)的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結(jié)構(gòu)，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構(gòu),、均勻異構(gòu),、非均勻同構(gòu)和非均勻異構(gòu)四種。

△3D打印的晶格結(jié)構(gòu)綜合展示樣品（樣品來源：升華三維）

升華三維晶格設(shè)計打印能力
近日,，升華三維采用自主研發(fā)的UPrise3D切片軟件的填充功能,，進行獨特的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成了對指定區(qū)域的不同晶格結(jié)構(gòu)的打印成型和脫脂燒結(jié),。重點展示晶格結(jié)構(gòu)在金屬陶瓷3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計制造,。

△晶格結(jié)構(gòu)打印案例（視頻來源：升華三維）

UPrise 3D切片軟件是升華三維——金屬/陶瓷間接3D打印全工藝鏈解決方案的重要軟件,。是支持三維模型到打印成型的核心技術(shù)系統(tǒng),，擁有增材制造切片軟件的全部功能。而在輕量化設(shè)計填充模塊中有網(wǎng)格,、直線,、三角形、內(nèi)六角,、立方體,、立方體分區(qū)、八角形,、四面體,、同心圓、鋸齒狀,、交叉,、交叉3D,、螺旋二十四面體等晶格圖案，并且可根據(jù)設(shè)置實時顯示已選擇的晶格的元素數(shù)量,，如角度,、節(jié)點、體積,，孔隙率等,。

△具有多種晶格設(shè)計結(jié)構(gòu)（來源：升華三維）

由于晶格結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使用典型的CAD工具將它們建模到零件中是不切實際的,。通常情況下,，零件實體會在CAD中進行繪制。然后,，把設(shè)計好的零件模型導(dǎo)入到另一個軟件包中以生成晶格結(jié)構(gòu),。用于此目的的軟件程序主要包括Netfabb和nTopology。而基于升華三維UPrise3D切片軟件同樣有強大的晶格生成能力,，可以產(chǎn)生非常復(fù)雜的點陣設(shè)計,。基于軟件自帶的圖案填充模塊,，對零件模型特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)晶格設(shè)計,，并且晶格圖案及參數(shù)可自主調(diào)節(jié)。從而幫助用戶設(shè)計出可3D打印的晶格結(jié)構(gòu),。

△晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計（視頻來源：升華三維）

3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢
·減少材料和使用成本：晶格設(shè)計可以通過去除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來減少材料浪費,。比如在航空航天工業(yè)中，晶格結(jié)構(gòu)的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用,。晶格結(jié)構(gòu)的引入意味著將使用更少的材料,，并在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下，節(jié)省更多成本,。
·輕量化：通過晶格技術(shù)減少材料使用還有另一個好處就是減輕重量,。可以將晶格參數(shù)精確調(diào)整到零件上的物理負(fù)載,，將零件的整體質(zhì)量減少90％或更多,。還具有許多優(yōu)勢，從減少汽車應(yīng)用中的燃料使用到改善醫(yī)療案例中的患者恢復(fù)時間,，還有減輕飛機,、航天器的重量。

△3D打印的氧化物陶瓷晶格構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·改進的強度重量比,。通過晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計,，可以有效零件強度重量比。這對需要推重比最大化的汽車和航空航天領(lǐng)域具有非常重要的意義。

△3D打印的金屬晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·高表面積,。一些應(yīng)用側(cè)重于最大化表面積,，而不是機械強度。利用晶格技術(shù),，可以提供更多曲面,，大量釋放表面積，而不會增加其總體占地面積,，這對于促進熱交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品而言是一個關(guān)鍵優(yōu)勢,。

·出色的減震和沖擊保護。晶格結(jié)構(gòu)在消散震力和沖擊載荷方面非常有效,，因為單元結(jié)構(gòu)有助于整個結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配,。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少沖擊應(yīng)力，也可以用作犧牲特性以保護產(chǎn)品的關(guān)鍵組件免受意外跌落等動態(tài)事件的影響,。
·理想的生物相容,。在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)，令構(gòu)造物具有接近周圍骨組織的機械性能,，讓植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合,，以促進骨生長。

3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的適用領(lǐng)域
晶格結(jié)構(gòu)是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu),�,；�于其��(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，例如使用水射流切割,、鑄造,、化學(xué)鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造，耗時,、昂貴,，并且無法達(dá)到高分辨率。而采用3D打印的數(shù)字化制造方式,，可實現(xiàn)以較低的成本和時間制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀,，這一顯著的優(yōu)勢讓其成為理想的零件成形方式，并讓其收獲了各行業(yè)無數(shù)用戶的擁躉,。目前,，除了在消費品、體育用品,、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，更適用于汽車零件,、再生醫(yī)學(xué),、航空航天等領(lǐng)域的設(shè)計制造。超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)向著多個行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用進行著持續(xù)性的推廣和研究：
·再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：骨組織支架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的晶格，其規(guī)則的孔洞能夠在促進組織生長的同時提供結(jié)構(gòu)性支撐,，其晶格成型難的問題可以采用3D打印技術(shù)得到解決,。

△3D打印的生物陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·汽車設(shè)計領(lǐng)域：汽車設(shè)計的多孔或者蜂窩狀吸能盒可以有效提高汽車的安全性能，其具備優(yōu)異力學(xué)性的結(jié)構(gòu)面臨著成型成本高昂的問題,，但可以使用先進的3D打印技術(shù)進行優(yōu)化解決,。

·航空領(lǐng)域：所需要的機翼夾層結(jié)構(gòu)中的晶格設(shè)計同樣具備很高的強重比優(yōu)勢，其成型工藝同樣可以運用3D打印技術(shù)進行,。同時,，超輕型陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的開發(fā)也將解決深空探測器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，實現(xiàn)極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能集成,。

△3D打印的特種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

創(chuàng)新和探索——升華三維從未止步
總體來說,，3D打印技術(shù)的最大價值之一在于能成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新成為3D打印技術(shù)深化應(yīng)用的核心,。但目前,，在結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝的結(jié)合方面仍具有局限性，晶格結(jié)構(gòu)能否與打印路徑匹配,，晶格結(jié)構(gòu)的打印效率如何以及在晶格單元胞結(jié)構(gòu)的開發(fā)與創(chuàng)新,、單元胞結(jié)構(gòu)的性能研究方面仍有待探索。

同時目前市面上大多數(shù)的晶格設(shè)計軟件也幾乎都有局限性,，比如晶格種類過少,、生成的晶胞質(zhì)量本身有問題、效果不理想,，另外軟件操作門檻較高等,，種種弊端讓晶格的設(shè)計與應(yīng)用不能實現(xiàn)很好的銜接。

升華三維作為目前國內(nèi)具備金屬/陶瓷材料開發(fā)制備,、金屬/陶瓷3D打印機研發(fā)生產(chǎn),、切片軟件開發(fā)到3D打印工藝、脫脂及燒結(jié)工藝一整套金屬/陶瓷間接3D打印工藝鏈及解決方案的供應(yīng)商,。一直致力于面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無法制造的難題,，積極貫通金屬/陶瓷制造全鏈條、全流程,、全配套的高附加值服務(wù),。基于升華三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法,，可根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求進行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計與填充制造,，快速落地應(yīng)用。

△多孔陶瓷構(gòu)件應(yīng)用案例（來源：升華三維）

未來,，隨著先進制造工藝的快速發(fā)展,，超材料的晶格結(jié)構(gòu)的制造成為可能。升華三維將繼續(xù)深化對金屬、陶瓷及其他先進材料的開發(fā)與研究,，增強對大尺寸,、高性能、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造能力,，實現(xiàn)對層內(nèi)各種穿插,、交織、多孔等三維結(jié)構(gòu)達(dá)到強度,、剛度,、韌性、耐久性等多性能的完美平衡,，為客戶提供理想的產(chǎn)品,。相信，未來還會有更多晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在更多領(lǐng)域中,，讓我們不斷在改進結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能設(shè)計中,，贏得更廣闊的應(yīng)用市場。

晶格結(jié)構(gòu)做的很精細(xì)了