Usando treliças impressas em 3D para maximizar a absorção de ruído e choque

Por Tristan Antonsen, Engenheiro de Aplicação, Fast Radius

As treliças são estruturas tridimensionais que consistem em uma série de células unitárias repetidas criadas por um padrão de cruzamentos de vigas e nós. Essas microarquiteturas ganharam popularidade nos últimos anos por vários motivos, incluindo sua capacidade de permitir a produção de peças leves com características de material e integridade estrutural comparáveis ​​aos componentes legados – e muitas vezes com menos excesso de material. As treliças também são empregadas para absorver impacto, ruído e vibração úmida, porque podem ter baixa rigidez e capacidade de suportar e se recuperar de tensões.

Isso tem algumas aplicações do mundo real talvez surpreendentes. Impressionado com o que nossos parceiros da Carbon estão realizando com sua tecnologia pioneira Digital Light Synthesis ™, a gigante de roupas esportivas Adidas estendeu a mão para projetar uma entressola para calçados esportivos que incorpora a absorção de alto impacto que as treliças fornecem. Os requisitos de material apresentaram um desafio:a sola precisava ser resistente e flexível, para proporcionar um excelente rebote e minimizar o choque no corpo do atleta. A tecnologia da Carbon enfrentou o desafio - o resultado é a impressionante entressola Adidas Futurecraft 4D de alto desempenho, que oferece absorção de impacto excepcional em pequenos volumes de componentes.

Aqui está o que os gerentes de produto precisam saber sobre como as treliças podem ser usadas para fornecer o máximo de amortecimento de vibração e amortecimento de energia.

Tudo sobre treliças

Em geral, o tamanho pequeno e a geometria complexa das treliças dificultam sua criação por meio de métodos tradicionais de fabricação subtrativa; as treliças são, portanto, normalmente produzidas por meio de processos de impressão 3D.

Uma das principais vantagens do projeto para manufatura aditiva é que ele permite que os gerentes de produto implementem um processo de projeto inverso, o que significa que eles podem projetar as características ideais do material para atender a determinada aplicação, em vez de tentar encontrar um material adequado que já exista.

Alguns materiais são inerentemente melhores na dissipação de energia – o EPU 40 é um material de amortecimento de vibração melhor do que o EPU 41, por exemplo – e a escolha de um material que se alinhe com as características exigidas das aplicações das peças permite que os fabricantes aumentem a absorção de impacto de seus componentes.

Enquanto a escolha do material desempenha um papel significativo na capacidade de uma treliça de amortecer a vibração e dissipar energia, o design da treliça, na maioria dos casos, tem um efeito mais significativo no efeito de amortecimento de uma peça. Em um nível macro, as estruturas de treliça são normalmente projetadas para dobrar ou dobrar após o impacto. As treliças de flexão são muito elásticas e elásticas, enquanto as treliças de flambagem permitem que vigas individuais cedam e dobrem, o que é extremamente eficaz na dissipação de energia. Tratamentos de amortecimento de camada livre também podem ser aplicados às peças.

Em um nível granular, o padrão repetitivo de vigas e nós que compõe a rede é chamado de células unitárias. Há um número enorme de combinações potenciais de nós e vigas, mas células unitárias abertas e esparsas normalmente criam reticulados macios, enquanto células unitárias com maior concentração de triângulos e vigas geralmente criam estruturas rígidas.

O tipo de célula, tamanho e orientação têm um efeito direto na razão de amortecimento do material de uma treliça, e mudanças na espessura relativa das vigas em comparação com o tamanho da unidade de célula também farão com que a treliça exiba um comportamento drasticamente diferente - todos de que devem ser levados em consideração para maximizar a absorção de impacto e a dissipação de energia.

Projetando treliças para fabricação

Embora os métodos aditivos tenham permitido aos fabricantes criar coisas que anteriormente não eram possíveis, as treliças ainda devem ser bem projetadas para cumprir efetivamente suas funções pretendidas. Ao incorporar os princípios de design para manufatura aditiva (DFAM), os engenheiros podem ajudar a usar as propriedades específicas do processo de impressão 3D para garantir que suas estruturas de treliça sejam máximas na absorção de impacto, som e vibração.

Duas considerações importantes do DFAM são a estrutura e a orientação das células unitárias de uma rede. A treliça deve, em primeiro lugar, ser imprimível. Isso inclui considerações de fatoração como processo de impressão, orientação de impressão e, às vezes, estruturas de suporte no projeto para garantir a viabilidade da peça.

A orientação da célula da treliça cria inerentemente partes anisotrópicas, o que significa que os componentes se comportam de maneira diferente em uma direção do que em outra. No entanto, isso não é necessariamente uma desvantagem – se uma treliça precisar se comportar em uma direção (como é o caso de treliças de flambagem), os gerentes de produto devem garantir que a orientação da célula da estrutura esteja alinhada adequadamente nessa direção.

Quando implementado corretamente, o DFAM permite que os fabricantes contornem as limitações dos métodos de fabricação legados e possibilitem coisas completamente novas. Em muitos casos, as peças produzidas aditivamente que incorporam estruturas de treliça são de qualidade comparável, se não superior, às peças criadas por meio de processos legados.

Descubra como o Fast Radius impulsiona a inovação na fabricação

As estruturas treliçadas são um método versátil e eficaz para criar peças que absorvem e dissipam impacto, som e vibração. As principais considerações no projeto da treliça envolvem definir claramente os requisitos antecipadamente, selecionar os materiais apropriados com base nesses requisitos e na funcionalidade desejada da treliça e arquitetar a estrutura da treliça de acordo. A escolha do melhor material para amortecimento de vibração com base nas características de desempenho exigidas é o ponto ideal para começar, pois isso ajudará a maximizar a dissipação de energia da peça e as capacidades de absorção de impacto.

A Fast Radius está comprometida em usar tecnologias de ponta, bem como métodos testados e comprovados, para tornar cada fabricação mais eficiente e eficaz. Trabalhamos com cada um de nossos clientes para otimizar as peças para design e fabricação, porque temos orgulho de fornecer componentes de qualidade superior no prazo e a preços competitivos. Entre em contato conosco hoje para saber como podemos ajudar.