Estruturas Lattice 3D: Princípios de Design e Comportamento Mecânico para Manufatura Aditiva Avançada

Publicado em 3 de maio de 2022

Originalmente publicado em fastradius.com em 3 de maio de 2022

Estruturas lattice são frameworks periódicos que se montam em geometrias tridimensionais intrincadas. Na manufatura aditiva, lattices complacentes desbloqueiam liberdade de design sem precedentes, permitindo engenheiros produzir formas que eram anteriormente inatingíveis.

Quando fabricados a partir de elastômeros, estes lattices exibem deformabilidade notável. Ao adaptar a arquitetura, designers podem ajustar finamente rigidez, comportamento de flambagem e absorção de energia para atender demandas de uma ampla gama de indústrias.

Criar lattices 3D complacentes requer tanto expertise de fabricação quanto ferramentas de design avançadas. Na SyBridge, projetamos e validamos uma biblioteca abrangente de lattices elastoméricos em numerosas categorias de produto, apoiados por extensos dados de simulação que correlacionam estrutura a desempenho mecânico.

Escolher a arquitetura lattice certa depende de entender como cada variável de design influencia a resposta mecânica da peça. O guia a seguir destila os elementos essenciais de design e apresenta quatro tipos representativos de lattice de nosso catálogo.

Elementos-Chave de Design para Estruturas Lattice 3D de Elastômero

Projetos de lattice elastomérico tipicamente avaliam os seguintes elementos centrais:

• Geometria: A configuração espacial de barras e nós — incluindo tamanho de célula unitária, forma e topologia geral — governa diretamente caminhos de carga e modos de deformação.
• Rigidez / Módulo: Definido para pequenas deformações elásticas, esta métrica indica a força necessária para alcançar uma dada deformação e é crítica para aplicações de suporte de carga.
• Resposta de Flambagem: A propensão de elementos lattice a flambar sob cargas compressivas determina se a estrutura se comporta elasticamente, exibe um platô de tensão, ou colapsa progressivamente.
• Dissipação de Energia: A capacidade de absorver e dissipar energia mecânica durante ciclos de carga e descarga torna certos lattices ideais para mitigação de impacto ou isolamento de vibração.

Tipos de Exemplo de Estrutura Lattice Impressa em 3D

Lattice Cúbico Simples

Este lattice apresenta célula unitária de 7,5 mm e largura de treliça de 2 mm, resultando em módulo de 0,72 MPa.

Resposta de flambagem: Exibe instabilidade de flambagem clara; após deformação de ~0,05, a tensão plana em 25 kPa, e deformação adicional não aumenta o módulo.

Dissipação de energia: O comportamento de flambagem inelástico produz um loop de histerese, tornando-o adequado para aplicações que requerem absorção de impacto.

Aplicações: Ideal para equipamentos de proteção pessoal e como camada sacrificial que protege componentes sensíveis, este lattice também pode preencher espaços entre componentes em montagens.

Lattice de Célula Kelvin

Tamanho de célula unitária de 10 mm, largura de treliça 2 mm, módulo 0,44 MPa.

Resposta de flambagem: Não possui platô distinto; as vigas alongam elasticamente até compactação total, fornecendo uma curva de compressão suave.

Dissipação de energia: Armazena energia elasticamente e retorna à forma original rapidamente — comportando-se como uma mola resiliente.

Aplicações: Adequado como substituto de espuma em produtos de compressão estática como almofadas de assento e pads corporais, e sua geometria hexagonal oferece apelo estético para designs focados em moda.

Lattice Centrado no Corpo

Tamanho de célula unitária 10 mm, largura de treliça 2 mm, módulo 0,07 MPa.

Resposta de flambagem: Demonstra comportamento progressivo de alongamento com força crescente por deslocamento até compactação total; nenhum platô de tensão é observado.

Dissipação de energia: Similar à unidade Kelvin, comporta-se como uma mola, retornando à forma após carga.

Aplicações: A resposta elástica de alta deformação o torna ideal para substituição de espuma de compressão estática, enquanto as barras anguladas entregam desempenho mecânico uniforme.

Lattice Cúbico Centrado no Corpo (BCC)

Esta estrutura híbrida combina topologias centradas no corpo e cúbicas simples, com célula unitária de 7,5 mm e largura de treliça de 1 mm. O módulo resultante é 0,23 MPa — maior que os lattices cúbicos simples e centrados no corpo sozinhos.

Resposta de flambagem: O lattice BCC herda flambagem do componente cúbico simples, mostrando platô a 0,12 MPa, mas seu comportamento pós-flambagem é mais estável.

Dissipação de energia: Ao combinar modos elásticos e de flambagem, o lattice BCC permite ajuste preciso de armazenamento e liberação de energia para casos de uso específicos.

Aplicações: Ideal para produtos que requerem combinação personalizada de resiliência elástica e dissipação de energia controlada, oferecendo resposta mais previsível que lattices de flambagem puros.

Torne Novas Coisas Possíveis com a SyBridge

Os quatro lattices destacados acima apenas arranham a superfície do que o design de lattice elastomérico 3D pode alcançar. Se você está pronto para embarcar em um projeto de impressão 3D, entre em contato conosco hoje e torne seu próximo projeto possível.