ساختار شبکه‌ ای (Lattice) در چاپ سه بعدی چیست؟

چاپ سه‌ بعدی به دلیل قابلیت تولید قطعات سبک‌ وزن و در عین حال مقاوم شناخته می‌شود. ساختار های لَتیس (Lattice) در چاپ سه‌ بعدی برای ایجاد طراحی‌ های سبک با الگو های هندسی تکرار شونده و پیچیده به‌ عنوان سازه‌ های پشتیبان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این ساختارها می‌توانند به‌ صورت پشتیبانی داخلی قطعه یا به‌ عنوان اجزای مستقل چاپ شوند. همچنین از لتیس‌ ها برای افزایش سطح تماس قطعه استفاده می‌شود که باعث بهبود چسبندگی لایه‌ ها و افزایش استحکام می‌گردد.

چنین سازه‌ های هندسی پیچیده‌ ای تنها از طریق فرآیند های چاپ سه‌ بعدی امکان‌ پذیر هستند و با روش‌ های تولید سنتی قابل ساخت نیستند.

این مقاله به بررسی مزایا و معایب استفاده از ساختار های لتیس در چاپ سه‌ بعدی می‌ پردازد.

ساختار شبکه‌ ای یا لَتیس در چاپ سه‌ بعدی چیست؟

ساختار لَتیس (Lattice) یک نوع سازه پشتیبان چاپ‌ شده سه‌ بعدی است که از ترکیب داخلی تعداد زیادی گره‌ های به‌ هم‌ پیوسته تشکیل می‌شود که به آن‌ ها «سلول» (Cells) نیز گفته می‌شود. از این ساختار معمولاً برای کاهش وزن قطعات و جذب بهتر ضربه استفاده می‌شود. طراحی هندسی خاص لتیس باعث می‌شود قطعه‌ی چاپ‌ شده در کنار استحکام و سختی بالا، با حداقل مصرف متریال و زمان تولید ساخته شود.

ایده‌ی این ساختار از الگو های طبیعی الهام گرفته شده است؛ نمونه‌ هایی مانند:

• کندوی عسل
• تار عنکبوت
• پوسته‌ی لابستر (خرچنگ دریایی)
• اسفنج‌ های سیلیسی

ماشین‌ کاری و تولید چنین هندسه‌ های پیچیده‌ ای در مقیاس کوچک عملاً غیرممکن است و تنها نمونه‌ های قابل اجرای مشابه، پروژه‌ های عظیم عمرانی مانند پل‌ ها و سازه‌ های فولادی بزرگ هستند.

در صنعت چاپ سه‌ بعدی، آشنایی با روش طراحی و استفاده از ساختار های لتیس برای مهندسان محصول و طراحان صنعتی ارزش بسیار بالایی دارد. این سازه‌ ها می‌توانند به‌ طور چشمگیری جرم یا وزن قطعه را کاهش دهند و کاربرد های فراوانی در صنایع مختلف دارند، به‌ ویژه در:

• صنایع خودروسازی
• صنایع هوافضا

در این حوزه‌ ها، کاهش وزن قطعات به‌ طور مستقیم باعث بهبود بهره‌ وری سوخت می‌شود.

سایر کاربرد های متداول ساختار لتیس شامل موارد زیر است:

• ایمپلنت‌ های پزشکی
• پروتز ها
• و هر کاربردی که در آن وزن کم، استحکام بالا، انعطاف‌ پذیری و هندسه‌ های پیچیده عوامل مهم طراحی محسوب می‌شوند.

چگونه می‌ توان کیفیت قطعات چاپ سه‌ بعدی را بهبود داد؟

تولید ساختار های لَتیس

طراحی‌ های هندسی پیچیده‌ ای که در ساختار های لَتیس استفاده می‌شوند، معمولاً منطقی نیستند که در مرحله طراحی با نرم‌ افزار های طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) به‌ صورت مستقیم لحاظ شوند.

طراحی مولد (Generative Design) یکی دیگر از روش‌ های ایجاد ساختار های لَتیس چاپ سه‌ بعدی است. این نرم‌ افزار به اطلاعات دقیق قطعه نیاز دارد که شامل بارهای مورد انتظار، محدودیت‌ های جرم و نقاط اتصال می‌شود. نرم‌ افزار، بهینه‌ ترین طرح لَتیس را همراه با ساختار سلولی و چگالی شبکه تولید می‌کند. عواملی که بر طراحی قطعه تأثیر می‌گذارند شامل متریال لَتیس، نوع ساخت و جهت‌ گیری سلول‌ ها هستند. متریال مورد استفاده می‌تواند شامل یک پوسته سخت بیرونی با یک لَتیس داخلی انعطاف‌ پذیر برای جذب ضربه باشد. ساختار الگو های تکرار شونده یکنواخت و شکل سلول‌ ها تأثیر قابل توجهی بر محصول نهایی دارند. جهت‌ گیری سلول‌ ها می‌تواند فرآیند چاپ سه‌ بعدی را پیچیده کند، بنابراین باید اطمینان حاصل شود که سلول‌ ها به شکلی قرار گرفته‌ اند که به ساپورت اضافی نیاز نداشته باشند.

انواع ساختارهای لَتیس چاپ سه‌ بعدی

چندین نوع ساختار لَتیس وجود دارد که شامل موارد زیر می‌شود:

• لَتیس‌ های میله‌ ای (Strut Lattices)

این لَتیس‌ ها از ترکیب تیرک‌ ها و میله‌ های به‌ هم متصل ساخته می‌شوند. ساختار لَتیس میله‌ ای با چاپ لایه‌ های هم‌ پوشان ایجاد می‌شود که با یکدیگر درگیر شده و یک ساختار شبکه‌ ای را شکل می‌دهند. محل تقاطع بین میله‌ ها و تیرک‌ ها با استفاده از متریال ساپورت تقویت می‌شود. این متریال ساپورت همچنین به کاهش وزن و افزایش انعطاف‌ پذیری در طراحی کمک می‌کند. این ساختار ها به‌ گونه‌ ای طراحی شده‌ اند که سبک و در عین حال مقاوم باشند و معمولاً در کاربرد هایی مانند قطعات هوافضا و خودروسازی، ایمپلنت‌ های پزشکی و محصولات مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• لَتیس‌ های صفحه‌ ای (Planar Lattices)

این لَتیس‌ ها از لایه‌ های تخت و دو بعدی تشکیل شده‌ اند که در کنار هم یک جسم سه‌ بعدی را ایجاد می‌کنند. این لایه‌ ها معمولاً به‌صورت جداگانه و یکی‌یکی چاپ می‌شوند و در برخی موارد برای تکمیل شکل نهایی، به مونتاژ اضافی نیاز دارند. ساختار های صفحه‌ ای رایج در چاپ سه‌ بعدی شامل لَتیس‌ ها، ساختار های کندویی (Honeycomb) و خرپاها (Truss) هستند.

• لَتیس‌ های TPMS

لَتیس‌ های سطوح مینیمال سه‌ دوره‌ ای (TPMS) با استفاده از یک معادله مثلثاتی برای تولید سلول‌ ها ایجاد می‌شوند. ساختار های TPMS می‌توانند در اشکال و اندازه‌ های مختلف ساخته شوند و معمولاً در کاربرد های پزشکی مانند ارتزها، پروتزها و ایمپلنت‌ ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین از این ساختارها در حوزه‌ های هوافضا، خودروسازی و کاربرد های صنعتی نیز استفاده می‌شود.

جواهرات چاپ سه‌ بعدی: یک مرور تخصصی

مزایای ساختار های لَتیس

به‌ کارگیری ساختار های لَتیس در قطعات چاپ سه‌ بعدی مزایای متعددی دارد که مهم‌ ترین آن‌ ها عبارت‌اند از:

• صرفه‌ جویی در وزن (Weight Savings): بسته به نوع لَتیس انتخاب‌شده، کاهش وزن می‌تواند بسیار قابل‌ توجه باشد. این کاهش وزن در صنایع حساس به مصرف انرژی مانند هوافضا و خودروسازی موجب صرفه‌ جویی در سوخت می‌شود. همچنین قطعات سبک‌تر در ایمپلنت‌ ها و پروتز های پزشکی باعث کاهش زمان نقاهت بیماران می‌گردد.
• نسبت بالای استحکام به وزن (High Strength-to-Weight Ratio): در صورتی‌ که طراحی ساختار لَتیس بر اساس اصول مناسب انجام شود، قطعات تولید شده می‌توانند دارای نسبت استحکام به وزن بسیار بالا و بی‌نظیر باشند. این ویژگی آن‌ ها را برای کاربرد هایی مانند خودروسازی و هوافضا که در آن‌ ها کاهش جرم اهمیت حیاتی دارد، ایده‌ آل می‌کند.
• صرفه‌ اقتصادی (Cost Effective): به دلیل مصرف مواد کمتر نسبت به روش‌ های تولید سنتی، ساختارهای لَتیس هزینه بسیار کم‌تری نسبت به سازه‌ های توپر دارند و گزینه‌ ای کاملاً مقرون‌ به‌ صرفه برای چاپ سه‌ بعدی محسوب می‌شوند.
• جذب ضربه (Shock Absorption): ساختار های لَتیس در پخش و مستهلک کردن ضربه و بارهای شوکی بسیار کارآمد هستند، زیرا پیکربندی سلولی آن‌ ها اجازه می‌دهد کل سازه انعطاف داشته باشد و انرژی به‌ صورت یکنواخت توزیع شود. ساختار های لَتیس پیچیده می‌توانند انرژی را در جهت‌ های مختلف هدایت و توزیع کنند تا نیروی ضربه بهتر جذب شود.
• انعطاف‌ پذیری بالاتر در طراحی (Additional Design Flexibility): ساختارهای لَتیس قابلیت طراحی در اشکال و اندازه‌ های متنوع را دارند که این موضوع موجب آزادی عمل و انعطاف بیشتر در طراحی محصولات می‌شود.
• بهبود دفع حرارت (Improved Heat Dissipation): طراحی باز و شبکه‌ ای لَتیس باعث ایجاد سطح تماس بیشتر می‌شود که به انتقال حرارت بهتر کمک می‌کند. این ویژگی برای قطعات الکترونیکی و سایر اجزای تولید کننده گرما بسیار مفید است.
• زیبایی‌ شناسی (Aesthetics): این الگو های هندسی جذابیت بصری خاصی دارند و بسیاری از طراحان محصولات از المان‌ های لَتیس صرفاً برای افزایش زیبایی ظاهری در طراحی استفاده می‌کنند.
• یکپارچگی استخوانی (Osseointegration): برخی از ساختار های لَتیس که در ایمپلنت‌ های پزشکی به کار می‌روند، باعث تحریک رشد استخوان می‌شوند. در نتیجه، ایمپلنت‌ ها پیوندی بسیار قوی‌تر با استخوان بدن بیمار برقرار می‌کنند.

آینده چاپ سه‌ بعدی: در دهه پیش رو چه انتظاری می‌ توان داشت

آیا استفاده از ساختار های لَتیس ارزش پیچیدگی اضافی را دارد؟

ساختارهای لَتیس در چاپ سه‌ بعدی با توجه به مزایای متعدد ذکر شده، تأثیر قابل‌ توجهی بر صرفه‌ جویی در سوخت، هزینه تولید، ویژگی‌ های عملکردی، جذابیت محصول، کارایی و پایداری دارند. با وجود نرم‌ افزار هایی که قادر به طراحی سریع این ساختار های پیچیده هستند و با در نظر گرفتن این مزایا، کاملاً مشخص است که گنجاندن ساختار های لَتیس در طراحی، قطعاً ارزش تلاش اضافی را دارد.

خدمات حرفه‌ ای پرینت سه‌ بعدی رزینی و مومی در سرزمین دی‌ تی‌ اس

در سرزمین دی‌ تی‌ اس، با استفاده از جدیدترین پرینتر رزینی یونی‌ وی (Uniway) و پرینتر پروجت مومی یونی‌ وی (Uniway)، خدمات پرینت سه‌ بعدی با دقت و کیفیت بالا ارائه می‌کنیم. شما می‌توانید مدل‌ های طلا، جواهر و نمونه‌ های صنعتی خود را با جزئیات دقیق و سطحی صاف سفارش دهید.

مشاهده خدمات پرینت سه‌ بعدی:

🔗 خدمات پرینت سه بعدی با رزین

🔗 خدمات پرینت سه بعدی پروجت