Robert Mines的著作《金属微晶格结构:制造、材料和应用》
Robert Mines已经撰写了20篇关于3D打印微晶格结构的论文,并且已经对3D打印微晶格结构进行了超过15年的研究。他现在把自己的知识写成了一本书:《金属微晶格结构:制造、材料和应用》。
左边:使用SLM实现BCC不锈钢微晶格,右边:用熔融沉积建模(由Shapeways / Thomas Meikle提供的TPMS)尼龙实现的三重周期最小表面。
微晶格是一种非常有趣的结构,可以在工程应用中发挥广泛的作用。当劳伦斯·利弗莫尔制作令人兴奋的新高强度结构时,我们已经覆盖了它们,当我们覆盖这种形状记忆微晶格纸以及这种纳米级微晶格纸时。在航空航天中,特别是不同的微晶格结构可用于减轻重量,同时提供与实心部件相同的支撑。在商业太空竞赛等新领域,微晶格结构可以为设计人员提供克服基本设计挑战的新方法。一些汽车公司正在尝试在底盘和汽车的其他部件上使用微晶格结构。在骨科植入物和其他植入物的表面上,生物晶格结构还可以改善整个植入物的功能。
Robert告诉我们,“它们可以在不同的尺度上实现:从毫米级到微米级到纳米级。它们可以结合多种功能,例如微型热交换器。”
一个轻量级的部件,可以做到这样的双重任务,减轻重量是非常重要的,特别是因为减少部件数量也可以节省成本。
Robert说,“有大量的增材制造工艺、大量的材料、大量的拓扑结构、各种规模、而且技术正在快速变化。工程师如何(a)如何有效地理解相关技术和(b)如何有效地应用相关技术?
他写了这本书来为观众解决这个问题。在书中,他研究了由EBM、粘合剂喷射和DMLS(SLM)制造的微晶格结构,特别是深入研究不锈钢、钛和铝。他的书着眼于“有限的晶格拓扑结构,即体心立方/八面体、带有Z支柱的BCC和八面桁架”以及结构元件“即梁、面板和能量吸收器”,并着眼于它们的“行为,即梁弯曲、面板和能量吸收器的异物冲击。”
探索设计空间:A:BCC不锈钢电池的比压缩强度与相对密度,尺寸为2.5毫米,偏离A-B:电池尺寸1.25毫米,C:BCCZ,D:无电镀,E:冲击载荷,F:钛合金。
Robert为工程师制作了一本书,为“3D打印微晶格结构的制造、材料和应用的综合使用”提供了“连贯的整体概念框架”,可以“解决未来的增材制造技术和机遇”,同时关注“物理洞察力和补充越来越复杂的基于计算机的工具和框架。”
我们从音乐厅和其他场地熟悉桁架作为结构。如果Robert有自己的方式,这些轻巧而坚固的结构可能会变得更加普遍。微晶格令人非常兴奋的是它们可以在“毫米级到微米级到纳米级”上制造,这意味着它们的使用确实可以广泛使用,并且您可以在微晶格中使用微晶格。例如,微晶格也可以设计为以特定方式失效,并且可以证明是工程师以全新方式设计3D打印材料和部件的一个非常令人兴奋的工具。
球形夹层板的异物撞击,BCC不锈钢芯和碳纤维表皮:实验和数值
为什么格子结构很重要?
它们是一类多孔材料,用于必须轻量化的结构中,以提高燃料效率和增加有效载荷。它们可以是多功能的。最好的例子是微型热交换器,其中可以优化电池几何形状和材料以进行热传递。
格子结构有什么应用?
核心材料夹层结构。任何弯曲或受当地载荷影响的结构元件。
为何选择EBM和SLM?
EBM、SLM适用于制作微晶格结构,并且该工艺已经过多年改进和优化。
您希望它们在终端部件中的哪个位置上使用?
它们被集成到轻质部件中。目前支架在航空航天、微型无人机、航天器设备冷却等应用中使用。
哪些行业可以从中受益?
目前高端(航空航天、生物、高端跑车)可以从中受益,但使用粘合剂喷射将成本降至主流。
什么材料能制成最好的格子?
仅限于SLM / EBM,但更广泛用于粘合剂喷射。铝和钛合金有利于轻量化,但更难使用。
你认它们有多重要?
微晶格是更广泛的建筑材料和超材料领域的一部分。3D打印为这些提供了新的机会。
例如,设计一种特定材料的想法是非常新的,该特定材料将以特定方式表现以便仅针对平面的一部分来最佳地解决特定设计挑战。微晶格是令人兴奋的新结构,可以很好地为我们提供以全新方式解决设计挑战的新方法。材料不再是给定的,但可以创建和制作用于非常特定的目的。通过3D打印,“每个体素的材料”的创建、测试和制造可以成为制造的现实。因此,Robert的书是一本非常及时的入门书,供工程师深入研究3D打印可能带来的真正变化的潜力。