3D 打印中的晶格结构：所有您需要知道的！

当您询问知情者增材制造的好处是什么时，有一件事会一次又一次地出现：设计自由度。使用正确的设计软件，用户可以创建令人难以置信的零件，这些零件比传统制造更轻且更优化。这在晶格方面尤为重要，因为晶格是 3D 打印独有的，并因其特性而广受赞赏。这就是为什么许多不同的软件都支持创建晶格的原因，包括 Altair Inspire，其中包括复杂的晶格结构。

您可能已经知道 Altair Inspire。Altair Inspire 来自总部位于美国的计算科学和人工智能领域的全球领导者 Altair Engineering，是该公司特别适合增材制造的软件解决方案之一。这个概念设计工具具有许多有趣的功能，这些功能针对增材制造进行了很好的优化。Altair Engineering 的高级渠道合作伙伴 TrueInsight 表示，能够将该工具与不同的晶格一起使用是一个特别受欢迎的特性。

这些重复的图案受仿生学的启发，可以填充体积或贴合表面，并且在大多数情况下只能通过增材制造制造。这是它们可能与 infill 混淆的原因之一，因为它们可用于此目的。它们的独特优势在于，由于最大限度地减少了材料，同时仍能确保零件性能，因此它们实现了卓越的强度重量比。

但格子并不是一刀切的。为了更好地了解不同的晶格及其在 3D 打印中的用途，我们在以下指南中对其进行了概述。在这里，我们将讨论每种晶格类型的特性、它们的不同之处、它们的使用方式等等。

您可以在 3D 打印中使用哪些晶格？

晶格因其能够使零件更轻、更坚固、减小零件体积（从而减少表面缺陷并防止过度应力积聚）、减少材料使用、卓越的能量吸收（这就是它们经常用于运动的原因）和增加表面积而备受推崇。但这些优势因所使用的晶格类型而异。这就是为什么查看每个不同的指南以更好地了解何时应该使用它们很重要的原因。

四种不同的晶格类型

Surface Lattice

首先是表面晶格，您几乎肯定已经看到它被用于热交换器等应用。这种细胞结构由一个或有时两个表面组成。在这里，表面的自然重复是创建晶格结构的原因，而不是平铺或图案化基本单元。通常，这些类型的晶格具有全面的良好机械性能。

这方面的常见示例是三周期最小表面 （TPMS） 和陀螺晶格。与传统的管壳式版本相比，回转式换热器在换热器中尤其有效。这是因为传热速率与可用的传热面积成正比，并且这些类型的晶格由于其性质而具有较大的表面积。这使得它们可用于热管理。然而，一个挑战是，与支柱晶格相比，它们并不总是有一个统一的结论。这可能会导致小的悬垂。

Planar Lattice

同时，平面晶格通常用于消费品，因为它通常是挤压横截面形状。想想蜂窝或许多冲浪板，它们在设计中也使用平面晶格。为了将其与表面晶格区分开来，Altair 在这里将平面晶格定义为“具有明确定义的 2D 横截面的 2.5D 蜂窝结构，该横截面沿第三维绘制或拉伸”。 这些类型的晶格在特定方向上提供高刚度。这也是唯一可以使用其他技术制作的晶格，即挤压，因为它是 2D 横截面而不是 3D。

Strut Lattice

Strut 晶格由由梁连接的节点构成。你可以怎么想它是，有一个基本单元被平铺，然后在一维、二维或三维中形成图案以形成晶格结构。通常，这种晶格结构比平面晶格更均匀，但也更复杂。由于它们的性质，这些晶格可以采取许多不同的形式，具体取决于细胞类型。例如，将从身体的中心开始制作以身体为中心的立方体，而可以将以面为中心的基元视为长方体的外部。还有三次基元、等桁架、八边形、六边形桁架、开尔文单元、萤石、菱形、截断立方体和八位字节。

支柱晶格特写

这些晶格经常出现在结构或建筑应用中。例如，它们可用于航空航天应用，因为与其他晶格类型可能出现的一些更混乱的图案相比，该图案非常可重复。它们以能够创建轻巧但坚固的框架而闻名，并因其高强度重量比而受到重视。

随机晶格

最后但同样重要的是，随机晶格是 Altair Inspire 最新更新中最受期待的晶格之一。对于那些可能不知道的人来说，随机的意思是“具有随机的概率分布或模式，可以进行统计分析，但无法精确预测”。因此，随机晶格本质上是随机的支柱晶格也就不足为奇了，其中用户刚刚“定义了点、点之间的边、去除某些点和/或边的过滤器、将边缘加厚为支柱的方法，以及外部体处理，例如将晶格与外部体或壳体相结合。

在许多方面，这个晶格是最接近自然界的晶格，更具体地说是骨骼。事实上，随机晶格通常用于生物医学应用。再以骨头为例。它们有两部分，皮质，即坚硬的外表面，以及小梁，或海绵状内部。皮质很容易表征和复制，但由于其随机性，小梁构成了真正的挑战。这就是随机晶格的用武之地。

随机晶格可以更容易地表征随机性。从本质上讲，如果您正在寻找骨整合或骨骼向内生长到植入物中，随机晶格是您的不二之选。例如，它们在制作植入物时很受欢迎。

晶格可以由不同的图案制成，具体取决于所使用的类型和零件的需要

Altair Inspire 如何脱颖而出

所以，你有它。实际上不可能说哪个是最适合 3D 打印的晶格，而是有必要查看不同的晶格，看看哪个最适合该零件。然而，可以自动添加晶格结构的软件肯定会有所帮助。

Altair Inspire 就是一个很好的例子。曲面、支柱、平面和随机晶格都可以通过转到 隐式建模 功能区并选择所需的晶格工具来快速创建。之后，可以选择可视化质量以及将用晶格填充的物体以及其他选项，如下面的视频所示。

事实上，使用隐式建模而不是像大多数传统 CAD 软件那样使用 BREP（边界表示）CAD 创建，是 Altair Inspire 与众不同的要点之一。这到底是什么意思？好吧，对于大多数传统的 CAD，要创建晶格，有必要在将它们组装成晶格晶胞之前构建一系列 NURBS 曲面补丁。然后，该晶胞将被图案化为 1 维、2 维或 3 维，以形成晶格。这就是 BREP CAD 创建。

根据 Altair 的说法，这种方法可以严格控制晶格几何结构，但它不能很好地缩放。这是因为随着晶胞数量的增加，CAD 包的速度会变慢到无法使用的程度。

隐式建模特别适合于创建表面晶格，例如本例

相比之下，隐式建模使用隐式表面。在 Altair 的一篇帮助文章中，他解释说：“隐式表面可能最好被视为一个场而不是一个表面 — 在空间中的每个点，该场都定义了一个标量值，通常是到表面上最近点的某个名义或实际距离。因此，如果我们将隐式表面定义为通过场中标量值等于 0 的所有点，那么我们将此表面称为场的零水平集。零级别集可以作为单个等值面进行计算和渲染，这完全消除了计算和管理将 NURBS 补丁拼接在一起时存在的所有水密交点的需要。

应该明确的是，由于隐式建模是现场驱动的，因此晶格的选择比使用 BREP 等形状驱动模型创建的选项要广泛得多。此外，隐式建模非常适合在 GPU 上进行硬件加速，因为有了它，可以运行即时内外检查，因为一侧的所有点都具有正标量值，而另一侧的点将具有负标量值。

除了更快的计算时间之外，隐式建模也是 Altair Inspire 非常适合表面晶格的原因。如上所述，通常由 TPMS 制成，很难使用 NURBS 等参数化曲面来重现它们。此外，使用隐式建模时，晶格不是通过在不同方向上复制和平移晶胞来创建的，这意味着与传统 CAD 不同，晶胞的数量可以在晶格结构中平滑变化。

其他好处包括能够对渐变效果进行分层。这使得不同部分的相对密度和晶胞尺寸减小的晶格成为可能。同样，也可以将晶格设计与变形操作相结合，从一个晶格晶胞过渡到另一个晶格晶胞。为更复杂的设计带来福音。

您会使用哪种晶格进行 3D 打印？

 --THE END--

寻找是辛苦的，发现是喜悦的！

带你走进不一样的 3D打印 世界！

更多超精模型.STL文件等你来探索！

点个在看，你最好看~