金属セラミック3Dプリント格子構造、昇華立体突破

出典: サブリメーション 3D

格子構造は、部品をより軽量かつ強力にし、衝撃をより効率的に吸収し、さまざまな用途に合わせてカスタマイズできる強力な設計機能です。しかし、複雑な内部格子構造を持つ部品を製造する場合、従来の製造技術では不可能です。 3D プリントは、従来の処理方法の考え方を打ち破り、デジタルモデリングと直接印刷という技術的特徴により、格子構造の作成において独自の利点をもたらします。

ラティスは、ノードとビームまたはストラットのネットワークで構成される 2 次元または 3 次元のマイクロアーキテクチャです。簡単に言えば、3Dプリントされた物体の最も一般的な中空構造です。この構造はランダムに積み重ねられているのではなく、結晶学の力学と構造を組み合わせて設計されているため、この中空構造は専門的には格子と呼ばれます。業界では、格子構造は、3D 空間で繰り返し整列した相互接続された柱またはプレートの配列を含む複雑なアーキテクチャとして定義されています。ある構造の単位格子が一定の規則に従って空間的に組み合わされた構造を指します。単位格子は配置形式によって、均一同型、均一同型、不均一同型、不均一同型の4種類に分けられます。

△3Dプリント格子構造総合展示サンプル（サンプル提供元：Sublimation 3D）
昇華 3D 格子デザイン印刷機能<br /> 最近、UPrise 3Dは独自に開発したUPrise3Dスライスソフトウェアの充填機能を採用して独自の格子構造を設計し、指定された領域に異なる格子構造の印刷と脱結合焼結を完了しました。金属セラミック 3D 印刷アプリケーションの分野における格子構造の設計と製造の展示に重点が置かれています。

△格子構造印刷事例（動画提供：Sublimation 3D）
UPrise 3D スライシングソフトウェアは、昇華 3D - 金属/セラミック間接 3D 印刷の完全なプロセスチェーンソリューションにとって重要なソフトウェアです。 3Dモデルから印刷への変換をサポートするコアテクノロジーシステムであり、積層造形スライシングソフトウェアのすべての機能を備えています。軽量設計充填モジュールには、グリッド、直線、三角形、六角形、立方体、立方体パーティション、八角形、四面体、同心円、鋸歯状、十字、十字3D、螺旋二十面体などの格子パターンがあり、角度、ノード、体積、多孔度など、選択した格子の要素数を設定に応じてリアルタイムで表示できます。
△多彩な格子デザイン構造（出典：Sublimation 3D）
格子構造は複雑なため、一般的な CAD ツールを使用して格子構造を部品にモデル化することは現実的ではありません。通常、パーツエンティティは CAD で描画されます。設計された部品モデルは別のソフトウェアパッケージにインポートされ、格子構造が生成されます。この目的で使用されるソフトウェアプログラムには、主に Netfabb と nTopology が含まれます。 Sublimation 3D をベースにした UPrise3D スライスソフトウェアには強力な格子生成機能もあり、非常に複雑な格子デザインを作成できます。ソフトウェアに付属するパターン充填モジュールに基づいて、部品モデルの特定の領域にラティス設計が実装され、ラティスパターンとパラメータを個別に調整できます。これにより、ユーザーは 3D プリント可能な格子構造を設計できるようになります。

△ラティス構造設計（動画提供：Sublimation 3D）

3D プリントにおける格子構造の利点材料と使用コストの削減: 格子設計により、重要でない領域の材料の大部分を除去することで、材料の無駄を削減できます。たとえば、航空宇宙産業では、格子構造を導入することで、チタンやインコネルなどの高価な材料の使用を減らすことができます。格子構造を導入することで、部品の構造的剛性と完全性を犠牲にすることなく、使用する材料が少なくなり、コストを大幅に削減できます。
軽量化: ラティス技術によって材料使用量を削減すると、重量が軽減されるという別の利点もあります。格子パラメータは部品の物理的負荷に合わせて正確に調整できるため、部品の全体的な質量を 90% 以上削減できます。自動車用途での燃料使用量の削減から、医療現場での患者の回復時間の短縮、航空機や宇宙船の重量軽減まで、多くの利点があります。
△3Dプリントされた酸化物セラミック格子部品（サンプル提供元：Sublimation 3D）
強度対重量比が向上しました。格子構造設計により、部品の強度対重量比を効果的に向上できます。これは、推力対重量比を最大化する必要がある自動車や航空宇宙の分野にとって非常に重要です。
△3Dプリントされた金属格子構造（サンプル提供元：Sublimation 3D）
表面積が大きい。一部のアプリケーションでは、機械的強度よりも表面積の最大化に重点が置かれています。ラティス技術により、より多くの曲面が可能になり、全体的な設置面積を増やすことなく表面積を大幅に増やすことができます。これは、熱交換や化学反応を促進する製品にとって重要な利点です。

·優れた衝撃吸収性と耐衝撃性。格子構造は、セル構造が構造全体の曲げとエネルギー分散を助けるため、衝撃や衝突荷重を分散させるのに非常に効果的です。格子は、衝撃ストレスを軽減するためにフットボールヘルメットなどの製品に組み込むことができ、また偶発的な落下などの動的事象から製品の主要コンポーネントを保護するための犠牲機能として使用することもできます。
·理想的な生体適合性。医療用インプラントに格子構造を作り出すことで、周囲の骨組織に近い機械的特性を持つ構造が実現し、インプラントが患者自身の骨構造とより強い結合を形成して骨の成長を促進できるようになります。

3D プリントにおける格子構造の応用分野<br /> 格子構造は最も典型的な複雑な構造です。構造形態が複雑なため、ウォータージェット切断、鋳造、化学メッキ、電気メッキなどの従来の製造技術では時間がかかり、コストも高く、高解像度を実現できません。 3Dプリントのデジタル製造方法は、高解像度で複雑な形状の細い柱や格子状の構造物を低コストかつ短時間で製造できるため、部品を成形する理想的な方法であり、さまざまな業界の無数のユーザーから支持されています。現在では、消費財、スポーツ用品、産業機器などの分野で普及しているほか、自動車部品、再生医療、航空宇宙などの分野の設計・製造にも適しています。超軽量で多機能な格子構造は、さまざまな業界での複雑な用途に向けて継続的に推進され、研究されてきました。
再生医療：骨組織の足場構造の設計における格子には規則的な穴があり、構造的なサポートを提供しながら組織の成長を促進できます。格子成形の難しさは、3D 印刷技術によって解決できます。
△3Dプリントされたバイオセラミック格子構造（サンプル提供元：Sublimation 3D）
自動車設計：自動車設計における多孔質またはハニカムエネルギー吸収ボックスは、自動車の安全性能を効果的に向上させることができます。優れた機械的特性を持つ構造は、成形コストが高いという問題に直面していますが、高度な3D印刷技術を使用して最適化および解決できます。

航空：必要な翼サンドイッチ構造の格子設計には、強度と重量の比率が高いという利点もあり、その成形プロセスも 3D プリント技術を使用して実行できます。同時に、超軽量セラミック格子構造の開発により、深宇宙探査機の複雑な構造の軽量設計も解決され、極めて複雑な構造の機能統合も実現されます。
△3Dプリントされた特殊セラミック格子構造（サンプル提供元：Sublimation 3D）
革新と探求 - Sublimation 3D は決して止まりません<br /> 一般的に、3D プリント技術の最大の価値の 1 つは、さまざまな複雑な構造を形成できることです。そのため、構造設計と革新は、3D プリント技術の徹底的な応用の中核となっています。しかし、現時点では、構造設計と製造プロセスの組み合わせにはまだ限界があり、格子構造が印刷経路に合致するかどうか、格子構造の印刷効率、格子単位セル構造の開発と革新、単位セル構造の性能研究などはまだ探求される必要がある。

同時に、現在市場に出回っている格子設計ソフトウェアのほとんどには、格子の種類が少なすぎる、生成されたユニットセルの品質に問題がある、結果が満足できない、ソフトウェア操作の敷居が高いなどの制限があり、これらの欠点により、格子の設計と応用がうまく連携できていません。

Sublimation 3D は、金属/セラミック材料の開発と準備、金属/セラミック 3D プリンターの研究開発と製造、スライスソフトウェアの開発、3D 印刷プロセス、脱脂および焼結プロセスを含む、金属/セラミック間接 3D 印刷プロセスチェーンとソリューションの完全なセットを提供する国内サプライヤーです。当社は、従来の金属・セラミックス製造工程では製造できない課題を解決することに注力しており、チェーン全体、プロセス全体にわたり付加価値の高いサービスを積極的に提供し、金属・セラミックス製造を全面的にサポートしています。 Sublimation 3Dの体系的なソフトウェアと制御方法に基づいて、顧客の製品開発ニーズに応じてマルチラティス構造を設計、充填、製造し、すぐに使用することができます。

△多孔質セラミック部品の応用事例（出典：Sublimation 3D）
将来的には、高度な製造プロセスの急速な発展により、メタマテリアルの格子構造の製造が可能になります。サブリメーション3Dは、金属、セラミックスなどの先端材料の開発と研究をさらに深め、大型、高性能、高度に複雑な構造の設計と製造能力を高め、層内のさまざまな絡み合い、織り合わせ、多孔質の3次元構造の強度、剛性、靭性、耐久性など、複数の特性の完璧なバランスを実現し、お客様に理想的な製品を提供します。今後、より多くの分野でラティス構造が登場し、構造の最適化と機能設計を継続的に改善し、より幅広い応用市場を獲得できるようになると信じています。

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