香港
3D打印技術參考注意到，尼康SLM Solutions與德國國防客戶合作，探討了如何使用3D打印制造出輕量化的防護結構的問題。
他們設計了24種晶格夾層板，分別進行了破壞性測試，來確定哪種結構的動能吸收效果最好。
在確定最佳結構后，他們將再引入高強度材料，與之前的最佳結構相結合，進一步提升防護性能。
??減輕重量和提升防護
尼康SLM Solutions指出，他們在國防市場中看到了兩大需求——柔性制造和輕量化結構。
對于柔性制造而言，它是指能夠在不同產品之間快速低成本的自由切換，靈活適應多類型產品的制造需求。這一點非常契合3D打印技術的制造特征。
而對于輕量化的防護結構而言卻并不簡單。對于國防用戶來說，所面對的是高速沖擊性，具有高能量吸收能力的防護裝甲，并非隨便往里面塞個晶格就能滿足要求的。
這也是合作雙方測試24種結構的原因。所涉及的機構有菱形、棱柱體或類網格結構等；單元結構的厚度也存在差異，即可以是均一厚度，也可以是梯度厚度。
??集成載荷分散功能
筆者在介紹中留意到一個特別的說辭——集成載荷分散功能。
細查發現，它是指當裝甲車輛受到沖擊時，通過特殊設計的內部結構，將集中在某個點的巨大能量迅速分散到更大的面積或整個結構上。
這種效果恰好能夠體現特殊三維結構的力學特性。這些幾何結構本身就能把垂直方向的沖擊力，轉化為結構單元的拉伸、壓縮、彎曲或扭轉力，從而把力分散到多個支撐面上。此外，晶格密度設置為梯度效果，也可以引導能量按照設計好的路徑傳遞和擴散，避免應力集中。
尼康SLM Solutions使用其12激光的NXG XII 600一次就打印完成了這24種設計。雖然并沒有測試板材具體的尺寸數據，從圖片中可以預測應該在30cm左右。隨后研究人員對這些防護板進行了爆炸性測試，從中確定最優的結構。
??從國防到汽車應用
如果說國防和航空航天距離大多數人太遠，那么汽車應用就與大多數相關。
筆者在此前介紹過，已經有研究開始探索將3D打印的晶格用在汽車防撞結構上。研究人員采用鋼材，將螺旋晶格填充其中，借助沖擊下晶格的扭轉作用來吸收能量。
它的特別之處就在于能夠實現自適應扭轉。研究人員之處，當前的絕大多數防護材料都是靜態的，無法適應不斷變化的環境。而螺旋晶格的引入，可以根據裝機類型和嚴重程度自行調整和改變自身特性，來減輕撞擊影響。
結果表明，他們所開發的結構具有提供多種防護能力的潛力，從剛性屏蔽到柔性能量吸收均可實現。
??晶格結構的兩種形式
晶格結構的性質取決于單元的幾何形狀、密度、尺寸、維度和排列方式。根據拓撲結構，它們可以分為基于支柱和基于表面兩大類。
支柱晶格由支柱和節點組成。根據設計目標又可以分為仿生結構和工程結構。
仿生結構是在模擬生物系統和自然構造，如Voronoi結構、Kelvin單元、金剛石結構、菱形結構和八面體結構等；工程結構優先考慮力學性能的優化，而非模仿自然結構，如體心立方結構、簡單立方結構、八面體梯形結構、六方結構、立方八面體結構和截角八面體結構。
表面晶格結構是由預定義的表面或幾何形狀生成，被大家所熟知的就是TPMS晶格，也就是三重周期極小曲面結構。此類晶格的設計目標是貼合表面輪廓、優化材料分布和力學性能。
TPMS晶格屬于是仿生設計，它們模擬了生物系統中自然存在的幾何形狀，如骨小梁、生物膜等。筆者查詢到，這些曲面能夠用極少的材料保持很高的結構效率，從而實現輕量化和高比剛度。
從這些介紹就可以看出，不同的晶格結構類型在性能表現方面差異巨大，具體表現在機械強度、能量吸收、散熱和生物相容性上的不同。所以，不同的應用領域，選擇的晶格類型可能存在很大不同。
而在晶格結構生成方面，筆者注意到，漫格科技的軟件在處理TPMS曲面晶格、支柱晶格方面具有顯著優勢，不僅能夠高效設計，而且具有高速的處理能力。
此外對于應用來說，像尼康SLM Solutions這樣的頭部金屬3D打印企業，仍然需要針對具體行業進行大量測試。因此我們能夠得出結論，晶格結構的高效利用是一門學問，需要細致的研究。
注：本文由3D打印技術參考創作，未經授權，謝絕轉載。
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
