Estruturas reticuladas 3D:princípios de design e comportamento mecânico para fabricação aditiva avançada

Publicado em 3 de maio de 2022
Publicado originalmente em fastradius.com em 3 de maio de 2022
Estruturas reticuladas são estruturas periódicas que se reúnem em intrincadas geometrias tridimensionais. Na fabricação aditiva, as redes compatíveis proporcionam uma liberdade de projeto sem precedentes, permitindo que os engenheiros produzam formas que antes eram inatingíveis.

Quando fabricadas a partir de elastômeros, essas redes apresentam notável deformabilidade. Ao adaptar a arquitetura, os projetistas podem ajustar a rigidez, o comportamento de flambagem e a absorção de energia para atender às demandas de uma ampla gama de indústrias.

A criação de redes 3D compatíveis requer experiência em fabricação e ferramentas avançadas de projeto. Na SyBridge, projetamos e validamos uma biblioteca abrangente de redes elastoméricas em diversas categorias de produtos, apoiada por extensos dados de simulação que correlacionam a estrutura ao desempenho mecânico.

A escolha da arquitetura de treliça correta depende da compreensão de como cada variável de projeto influencia a resposta mecânica da peça. O guia a seguir destila os elementos essenciais do design e apresenta quatro tipos de treliças representativos do nosso catálogo.

Principais elementos de design para estruturas treliçadas 3D de elastômero

Os projetos de rede de elastômero normalmente avaliam os seguintes elementos principais:

• Geometria: A configuração espacial de escoras e nós – incluindo tamanho, formato e topologia geral da célula unitária – governa diretamente os caminhos de carga e os modos de deformação.
• Rigidez / Módulo: Definida para pequenas deformações elásticas, esta métrica indica a força necessária para atingir uma determinada deformação e é crítica para aplicações de suporte de carga.
• Resposta à flambagem: A propensão dos elementos da rede à flambagem sob cargas compressivas determina se a estrutura se comporta elasticamente, exibe um patamar de tensão ou entra em colapso progressivamente.
• Dissipação de energia: A capacidade de absorver e dissipar energia mecânica durante os ciclos de carga e descarga torna certas treliças ideais para mitigação de impactos ou isolamento de vibrações.

Tipos de exemplo de estrutura de rede impressa em 3D

Rede Cúbica Simples

Esta rede apresenta uma célula unitária de 7,5 mm e largura de treliça de 2 mm, produzindo um módulo de 0,72 MPa.

Resposta de flambagem: Apresenta clara instabilidade de flambagem; após uma deformação de ~ 0,05, a tensão atinge um patamar de 25 kPa e deformações adicionais não aumentam o módulo.

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

Aplicativos: Ideal para equipamentos de proteção individual e como camada sacrificial que protege componentes sensíveis, essa treliça também pode preencher lacunas entre componentes em montagens.

Rede Celular Kelvin

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

Resposta de flambagem: Carece de um platô distinto; as vigas alongam-se elasticamente até a compactação total, proporcionando uma curva de compressão suave.

Dissipação de energia: Armazena energia de forma elástica e retorna rapidamente à sua forma original – comportando-se como uma mola resiliente.

Aplicativos: Adequado como substituto da espuma em produtos de compressão estática, como almofadas de assento e almofadas corporais, e sua geometria hexagonal oferece apelo estético para designs centrados na moda.

Malha centrada no corpo

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

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

Dissipação de energia: Semelhante à unidade Kelvin, ela se comporta como uma mola, retornando à forma após o carregamento.

Aplicativos: A resposta elástica e de alta tensão o torna ideal para substituição de espuma de compressão estática, enquanto os suportes angulares proporcionam desempenho mecânico uniforme.

Rede Cúbica Centrada no Corpo (BCC)

Esta estrutura híbrida combina topologias cúbicas simples e centradas no corpo, com uma célula unitária de 7,5 mm e largura de treliça de 1 mm. O módulo resultante é 0,23 MPa – maior do que apenas as redes cúbicas simples e de corpo centrado.

Resposta de flambagem: A rede BCC herda a encurvadura da componente cúbica simples, apresentando um patamar de 0,12 MPa, mas o seu comportamento pós-encurvadura é mais estável.

Dissipação de energia: Ao combinar os modos elástico e de flambagem, a rede BCC permite o ajuste preciso do armazenamento e liberação de energia para casos de uso específicos.

Aplicativos: Ideal para produtos que exigem uma combinação personalizada de resiliência elástica e dissipação de energia controlada, oferecendo uma resposta mais previsível do que redes de flambagem pura.

Torne novas coisas possíveis com SyBridge

As quatro redes destacadas acima apenas arranham a superfície do que o design de rede elastomérica 3-D 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.