Maximize Absorção de Ruído e Choque com Estruturas de Reticulado Impressas em 3D

Por Tristan Antonsen, Engenheiro de Aplicação, Fast Radius

Reticulados são estruturas tridimensionais que consistem em uma série de células unitárias repetidas criadas por um padrão de vigas e nós intersectantes. Estas micro-arquiteturas ganharam popularidade nos últimos anos por várias razões, incluindo sua capacidade de permitir a produção de peças leves que têm características de material e integridade estrutural comparáveis a componentes legados — e frequentemente com menos material excedente. Reticulados também são empregados para absorver impacto, ruído e amortecer vibração, porque podem ter baixa rigidez e a capacidade de suportar e recuperar-se de deformações.

Isso tem algumas aplicações surpreendentes no mundo real. Impressionados com o que nossos parceiros da Carbon estão realizando com sua pioneira tecnologia Digital Light Synthesis™, a gigante de artigos esportivos Adidas entrou em contato para projetar uma entressola para calçados atléticos que incorpora a alta absorção de impacto que os reticulados fornecem. Os requisitos de material apresentaram um desafio: a sola precisava ser resiliente e flexível, para fornecer um excelente retorno e minimizar o choque no corpo do atleta. A tecnologia da Carbon superou o desafio — o resultado é a impressionante entressola Adidas Futurecraft 4D de alto desempenho, que oferece absorção de impacto excepcional em pequeno volume de componente.

Aqui está o que gerentes de produto precisam saber sobre como reticulados podem ser usados para fornecer amortecimento máximo de vibração e dissipação de energia.

Tudo sobre reticulados

Em geral, o pequeno tamanho e a geometria complexa dos reticulados torna-os difíceis de criar através de métodos de fabricação subtrativos tradicionais; reticulados são, portanto, tipicamente produzidos via processos de impressão 3D.

Uma vantagem chave do design para manufatura aditiva é que permite aos gerentes de produto implementar um processo de design inverso, significando que eles podem projetar características de material ideais para se adequar à aplicação dada em vez de tentar encontrar um material adequado que já exista.

Alguns materiais são inerentemente melhores em dissipar energia — EPU 40 é um material de amortecimento de vibração melhor que EPU 41, por exemplo — e escolher um material que se alinhe com as características requeridas das aplicações da peça permite que os fabricantes aumentem a absorção de impacto de seus componentes.

Embora a escolha do material desempenhe um papel significativo na capacidade de um reticulado de amortecer vibração e dissipar energia, o design do reticulado, na maioria dos casos, tem um efeito mais significativo no efeito de amortecimento de uma peça. Em nível macro, estruturas de reticulado são tipicamente projetadas para dobrar ou flambear sob impacto. Reticulados de dobra são muito elásticos e elásticos, enquanto reticulados 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 nível granular, o padrão repetido de vigas e nós que compõe o reticulado são chamados de células unitárias. Existe um número enorme de combinações potenciais de nós e vigas, mas células unitárias abertas e esparsas tipicamente criam reticulados macios, enquanto células unitárias com maior concentração de triângulos e vigas geralmente criam estruturas rígidas.

Tipo de célula, tamanho e orientação têm efeito direto na razão de amortecimento de material de um reticulado, e mudanças na espessura relativa das vigas comparada ao tamanho da célula unitária farão o reticulado exibir comportamento drasticamente diferente também — tudo isso deve ser levado em consideração para maximizar a absorção de impacto e dissipação de energia.

Projetando reticulados para fabricação

Embora métodos aditivos tenham permitido que fabricantes criem coisas que anteriormente não eram possíveis, reticulados ainda devem ser bem projetados para efetivamente cumprir suas funções pretendidas. Incorporando princípios de design para manufatura aditiva (DFAM), engenheiros podem ajudar a usar as propriedades específicas do processo de impressão 3D para garantir que suas estruturas de reticulado sejam maximamente eficazes na absorção de impacto, som e vibração.

Duas considerações importantes de DFAM são a estrutura e orientação das células unitárias de um reticulado. O reticulado deve primeiro e acima de tudo ser imprimível. Isso inclui considerações de fatores como processo de impressão, orientação de impressão e, às vezes, estruturas de suporte no design para garantir a viabilidade da peça.

A orientação da célula do reticulado inerentemente cria peças anisotrópicas, significando que os componentes se comportam diferentemente em uma direção do que em outra. Isso não é necessariamente uma desvantagem, no entanto — se um reticulado precisa se comportar em uma direção (como é o caso com reticulados de flambagem), gerentes de produto devem garantir que a orientação da célula da estrutura esteja devidamente alinhada nessa direção.

Quando implementados corretamente, princípios DFAM permitem que fabricantes contornem as limitações dos métodos de fabricação legados e tornem coisas completamente novas possíveis. Em muitos casos, peças produzidas aditivamente que incorporam estruturas de reticulado são de qualidade comparável, se não superior, a peças criadas via processos legados.

Descubra como a Fast Radius impulsiona a inovação na fabricação

Estruturas de reticulado são um método versátil e eficaz para criar peças que absorvem e dissipam impacto, som e vibração. As considerações-chave no design de reticulado envolvem definir claramente os requisitos antecipadamente, selecionar materiais apropriados baseados nesses requisitos e na funcionalidade desejada do reticulado, e arquitetar a estrutura do reticulado de acordo. Escolher o melhor material para amortecimento de vibração baseado nas características de desempenho requeridas é o lugar ideal para começar, pois isso ajudará a maximizar as capacidades de dissipação de energia e absorção de impacto da peça.

A Fast Radius está comprometida em usar tecnologias de ponta, bem como métodos testados e comprovados, para tornar toda fabricação mais eficiente e eficaz. Trabalhamos com cada um de nossos clientes para otimizar peças para design e fabricabilidade, pois nos orgulhamos de entregar componentes de qualidade superior no prazo e a preços competitivos. Entre em contato conosco hoje para descobrir como podemos ajudar.