Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει πολλά πλεονεκτήματα, η δυνατότητα παραγωγής πολύπλοκων δομικών μερών με αντισυμβατικές ιδέες είναι το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό της, το οποίο μπορεί να μειώσει σημαντικά την εφαρμογή των υλικών και να μειώσει το βάρος των εξαρτημάτων διασφαλίζοντας παράλληλα την αντοχή τους. Ο δομικός σχεδιασμός των εξαρτημάτων παίζει καθοριστικό ρόλο στο να δώσουμε πλήρη απόδοση στα πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία απαιτεί από εμάς να σπάσουμε την παραδοσιακή σχεδιαστική ιδέα και να δώσουμε πλήρη λειτουργία στη φαντασία και τη δημιουργικότητά μας.
Συνιστώνται πολλές ιδέες σχεδίασης εξαρτημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης.
1. Με σκοπό το ελαφρύ
Οι απαιτήσεις ελαφρού σχεδιασμού απαιτούν τοπολογική βελτιστοποίηση των εξαρτημάτων στη δομή. Το πλεονέκτημα της βελτιστοποίησης τοπολογίας είναι ότι μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις σχεδιασμού ελαφρού βάρους των εξαρτημάτων, ενώ μειώνει την ποσότητα του υλικού. Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι η πιο βολική μέθοδος προετοιμασίας για βελτιστοποίηση τοπολογίας σύνθετων δομικών σχεδίων. Αυτό έχει μεγάλη σημασία στον αεροδιαστημικό τομέα και μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος του αεροσκάφους. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το βραχίονα πέδησης ταχύτητας, το βάρος του βραχίονα από κράμα τιτανίου που κατασκευάζεται με παραδοσιακή τεχνολογία είναι 430,3 g και το βάρος μειώνεται κατά 22 τοις εκατό μετά τη σχεδίαση δομικής βελτιστοποίησης.
Επί του παρόντος, οι ελαφριές κατασκευές που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι οι εξής:
●Δομή δοκών/άκαμπτου πλαισίου
Η άκαμπτη δομή του πλαισίου αποτελείται από μερικές λεπτές ράβδους που συνδέονται με ορισμένους κόμβους. Μπορεί να καλύψει τις απαιτούμενες απαιτήσεις φυσικής αντοχής, σταθερότητας δύναμης και αυτοεξισορρόπησης, εξοικονομώντας υλικά και ικανοποιώντας τις απαιτήσεις εκτύπωσης.
Η δομή του ζευκτού είναι κατασκευασμένη από κράμα Al μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης. Το συνολικό βάρος είναι 35 τοις εκατό ελαφρύτερο από αυτό της παραδοσιακής κατασκευής και η ακαμψία αυξάνεται κατά 40 τοις εκατό. Επιπλέον, υπάρχει μια άκαμπτη στο δέρμα δομή που προέρχεται από τη δομή ζευκτού, δηλαδή, η εξωτερική επιφάνεια είναι μια δομή με λεπτά τοιχώματα και η εσωτερική είναι ένα αρθρωτό μέλος. Αυτή η δομή μπορεί να ενσωματωθεί με τη μορφή ράβδων στήριξης με λεπτό τοίχωμα και αρθρωτές στην τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης.
●Δομή σάντουιτς δικτυωτό
Το χαρακτηριστικό της δομής σάντουιτς πλέγματος στη διαδικασία μείωσης βάρους είναι η βελτιστοποίηση της δομής και ταυτόχρονα η εξασφάλιση επαρκής αντοχής του υλικού. Στην αεροδιαστημική βιομηχανία, η δομή σάντουιτς με πλέγμα χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή διαφόρων πάνελ τοίχου.
Το υλικό του συστήματος λίπανσης αεροκινητήρων είναι ένας διαχωριστής λαδιού και αερίου Ti-6Al-4V. Η αρχή λειτουργίας του είναι να διαχωρίζει το αέριο στην επιστροφή λαδιού. Το πορώδες αυτής της δομής πλέγματος είναι τόσο υψηλό όσο το 95 τοις εκατό και η πυκνότητα μειώνεται σε 0,5 g/cm2, έτσι ώστε όταν το μίγμα λαδιού και αερίου διέρχεται, οι μικρές σταγόνες λαδιού να προσροφούνται στον διαχωριστή. Η Rolls-Royce χρησιμοποίησε αυτή τη δομή για να επιτύχει απόδοση διαχωρισμού πετρελαίου και αερίου έως και 99 τοις εκατό.
Το πρόβλημα με αυτή τη δομή είναι ότι η μη λιωμένη μεταλλική σκόνη προσκολλάται στο πλαίσιο και είναι δύσκολο να αφαιρεθεί κατά τη διαδικασία κατασκευής.
●Κοίλη δομή
Η κοίλη δομή είναι ότι το κέλυφος είναι κοίλο μέσα στο λεπτό τοίχωμα ή μια απλή δομή αντηρίδας προστίθεται μέσα. Το μειονέκτημα αυτής της δομής είναι ότι απαιτεί εσωτερική υποστήριξη και το στήριγμα είναι δύσκολο ή αδύνατο να αφαιρεθεί.
2. Για σκοπούς βιοσυμβατότητας
Οι πορώδεις και κυτταρικές δομές στα ιατρικά εμφυτεύματα απαιτούν δομές διαμπερούς οπής που διευκολύνουν την ανάπτυξη των οστών και τη μετανάστευση των κυττάρων. Ταυτόχρονα, για να αποφευχθεί το φαινόμενο «θωράκισης κατά της πίεσης» που προκαλεί ο υψηλός συντελεστής ελαστικότητας του μετάλλου, οι μηχανικές ιδιότητες του εμφυτεύματος είναι εγγυημένο ότι ταιριάζουν με την πραγματική δομή του οστού. Είναι απαραίτητο να σχεδιάσετε και να κατασκευάσετε τη μοναδική πορώδη δομή/δομή κυψέλης της τρισδιάστατης εκτύπωσης και να ολοκληρώσετε τη διαδικασία εκτύπωσης αφού σχεδιάσετε τον τύπο, το μέγεθος πόρων, το πάχος του τοιχώματος των πόρων και το πορώδες σύμφωνα με τις ανάγκες.
●Πορώδης δομή/δομή κυψελών
Η εργασία "Εφαρμογή της τεχνολογίας σύντηξης κρεβατιού πούδρας στην κατασκευή ιατρικών εμφυτευμάτων" εισάγει τέσσερα είδη πορωδών δομών/μονάδων δομής κυψελών, οι οποίες είναι παρόμοιες στη δομή με τη δομή σάντουιτς πλέγματος για την επίτευξη απαιτήσεων ελαφρού βάρους. Αλλά ο σκοπός είναι διαφορετικός, ο σκοπός είναι να διασφαλιστεί ότι το βιολογικό εμφύτευμα που αποτελείται από δομικές μονάδες έχει καλή βιοσυμβατότητα. Έχει αποδειχθεί από βιολογικά πειράματα ότι αυτό το δομικό εμφύτευμα έχει καλή βιοσυμβατότητα και ότι μεγάλη ποσότητα οστικού ιστού αναπτύσσεται στη δομή των πόρων.
3. Άλλες πολύπλοκες κατασκευές
●Δομή διαστημικού αγωγού ειδικού σχήματος
Η παραδοσιακή διαδικασία κατασκευής διαστημικών αγωγών ειδικού σχήματος είναι η χύτευση με έγχυση, η χύτευση κ.λπ. Εκτός από το υψηλό κόστος κατασκευής και τον μακρύ κύκλο παραγωγής, η παραδοσιακή διαδικασία είναι δύσκολο να προετοιμαστεί επιτυχώς η σύνθετη καμπύλη spline που απαιτείται για τον αγωγό. Η τεχνολογία Conformal cooling συνδυάζει την κατασκευή καλουπιών με την τρισδιάστατη εκτύπωση για να λύσει τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα πολύπλοκα σχήματα των διαστημικών σωλήνων.
●Ολοκληρωμένη πολύπλοκη δομή
Η ολοκληρωμένη πολύπλοκη δομή χωρίζεται περαιτέρω στον στατικό μηχανισμό και στον δυναμικό μηχανισμό. Μεταξύ αυτών, το πιο διάσημο σχέδιο στατικού μηχανισμού είναι το μπεκ ψεκασμού καυσίμου της GE. Τα χαρακτηριστικά του μηχανισμού δυναμικής ολοκλήρωσης είναι ότι δεν συναρμολογείται και μπορεί να πραγματοποιήσει τη δυναμική σύνδεση. Τα παραδοσιακά μηχανικά εξαρτήματα πρέπει να εκτυπώνουν κάθε μεμονωμένο κομμάτι βήμα προς βήμα και στη συνέχεια να συναρμολογούν το μεμονωμένο κομμάτι. Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να εξοικονομήσει βήματα συναρμολόγησης και να αποκτήσει άμεσα έναν συνολικό μηχανισμό χωρίς συναρμολόγηση. Τυπικός εκπρόσωπος - καθολική άρθρωση.
●Δομή επιφάνειας ελεύθερου χώρου
Οι δομές ελεύθερης μορφής είναι δύσκολο ή αδύνατο να επεξεργαστούν με παραδοσιακές μεθόδους.
Για παράδειγμα, τα πτερύγια του κινητήρα είναι τυπικοί εκπρόσωποι τέτοιων λεπτών τοιχωμάτων και πολύπλοκων επιφανειών ελεύθερης μορφής. Οι λεπίδες που παρασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους χύτευσης και τεχνικές κατεργασίας CNC έχουν τα μειονεκτήματα της κακής ποιότητας επιφάνειας και της χαμηλής απόδοσης επεξεργασίας, αντίστοιχα. Η τεχνολογία κατασκευής προσθέτων παρέχει τεχνικές προϋποθέσεις για την κατασκευή λεπίδων με υψηλή γεωμετρική ακρίβεια και καλή ποιότητα επιφάνειας. Επιπλέον, η δομή σάντουιτς με πλέγμα μπορεί να συνδυαστεί με τη δομή επιφάνειας ελεύθερης μορφής για να επιτευχθεί ο σκοπός των ελαφριών σύνθετων επιφανειών.