Uso de celosías impresas en 3D para maximizar la absorción de ruidos e impactos

Por Tristan Antonsen, ingeniero de aplicaciones, Fast Radius

Las celosías son estructuras tridimensionales que consisten en una serie de celdas unitarias repetidas creadas por un patrón de vigas y nodos que se cruzan. Estas microarquitecturas han ganado popularidad en los últimos años por varias razones, incluida su capacidad para permitir la producción de piezas livianas que tienen características materiales e integridad estructural comparables a los componentes heredados y, a menudo, con menos exceso de material. Las celosías también se emplean para absorber impactos, ruidos y vibraciones amortiguadas, ya que pueden tener poca rigidez y la capacidad de soportar y recuperarse de las tensiones.

Esto tiene algunas aplicaciones del mundo real quizás sorprendentes. Impresionados por lo que nuestros socios en Carbon están logrando con su tecnología pionera Digital Light Synthesis™, el gigante de la ropa deportiva Adidas se acercó para diseñar una entresuela para calzado deportivo que incorpora la absorción de alto impacto que brindan las rejillas. Los requisitos de materiales presentaban un desafío:la suela debía ser resistente y flexible, para proporcionar un rebote excelente y minimizar el impacto en el cuerpo del atleta. La tecnología de Carbon estuvo a la altura del desafío:el resultado es la impresionante entresuela Adidas Futurecraft 4D de alto rendimiento, que ofrece una absorción de impacto excepcional en un volumen de componente pequeño.

Esto es lo que los gerentes de producto deben saber sobre cómo se pueden usar las redes para proporcionar la máxima amortiguación de vibraciones y amortiguación de energía.

Todo sobre celosías

En general, el tamaño pequeño y la geometría compleja de las celosías dificultan su creación mediante métodos tradicionales de fabricación sustractiva; por lo tanto, las celosías se producen típicamente a través de procesos de impresión 3D.

Una ventaja clave del diseño para la fabricación aditiva es que permite a los gerentes de producto implementar un proceso de diseño inverso, lo que significa que pueden diseñar características de material óptimas para adaptarse a la aplicación dada en lugar de intentar encontrar un material adecuado que ya existe.

Algunos materiales son inherentemente mejores para disipar energía (EPU 40 es un mejor material de amortiguación de vibraciones que EPU 41, por ejemplo) y elegir un material que se alinee con las características requeridas de las aplicaciones de la pieza permite a los fabricantes aumentar la absorción de impacto de sus componentes.

Si bien la elección del material juega un papel importante en la capacidad de una red para amortiguar vibraciones y disipar energía, el diseño de la red, en la mayoría de los casos, tiene un efecto más significativo en el efecto de amortiguación de una pieza. A nivel macro, las estructuras reticulares suelen estar diseñadas para doblarse o pandearse con el impacto. Las celosías de flexión son muy elásticas y flexibles, mientras que las celosías de pandeo permiten que las vigas individuales cedan y se doblen, lo que es extremadamente efectivo para disipar energía. Los tratamientos de amortiguación de capa libre también se pueden aplicar a las piezas.

En un nivel granular, el patrón repetitivo de vigas y nodos que forman la red se denominan celdas unitarias. Existe una enorme cantidad de posibles combinaciones de nodos y vigas, pero las celdas unitarias dispersas y abiertas suelen crear redes blandas, mientras que las celdas unitarias con una mayor concentración de triángulos y vigas generalmente crean estructuras rígidas.

El tipo, el tamaño y la orientación de la celda tienen un efecto directo en la relación de amortiguamiento del material de una red, y los cambios en el grosor relativo de las vigas en comparación con el tamaño de la unidad de la celda también harán que la red muestre un comportamiento drásticamente diferente:todos que deben tenerse en cuenta para maximizar la absorción de impactos y la disipación de energía.

Diseño de celosías para la fabricación

Si bien los métodos aditivos han permitido a los fabricantes crear cosas que antes no eran posibles, las redes aún deben diseñarse bien para cumplir de manera efectiva las funciones previstas. Al incorporar los principios del diseño para la fabricación aditiva (DFAM), los ingenieros pueden ayudar a utilizar las propiedades específicas del proceso de impresión 3D para garantizar que sus estructuras reticulares sean lo más efectivas posible en la absorción de impactos, sonidos y vibraciones.

Dos consideraciones importantes de DFAM son la estructura y la orientación de las celdas unitarias de una red. La red debe ser ante todo imprimible. Esto incluye tener en cuenta consideraciones como el proceso de impresión, la orientación de la impresión y, a veces, estructuras de soporte en el diseño para garantizar la viabilidad de la pieza.

La orientación de las celdas de celosía crea inherentemente partes anisotrópicas, lo que significa que los componentes se comportan de manera diferente en una dirección que en otra. Sin embargo, esto no es necesariamente una desventaja:si una celosía debe comportarse en una dirección (como es el caso de las celosías pandeadas), los gerentes de producto deben asegurarse de que la orientación de la celda de la estructura esté correctamente alineada en esa dirección.

Cuando se implementa correctamente, DFAM permite a los fabricantes superar las limitaciones de los métodos de fabricación heredados y hacer posibles cosas completamente nuevas. En muchos casos, las piezas producidas de forma aditiva que incorporan estructuras reticulares tienen una calidad comparable, si no superior, a las piezas creadas a través de procesos heredados.

Descubra cómo Fast Radius impulsa la innovación en la fabricación

Las estructuras de celosía son un método versátil y eficaz para crear piezas que absorben y disipan el impacto, el sonido y la vibración. Las consideraciones clave en el diseño de celosía implican definir claramente los requisitos por adelantado, seleccionar los materiales apropiados en función de estos requisitos y la funcionalidad deseada de la celosía, y diseñar la estructura de la celosía en consecuencia. La elección del mejor material para la amortiguación de vibraciones en función de las características de rendimiento requeridas es el lugar ideal para comenzar, ya que ayudará a maximizar las capacidades de disipación de energía y absorción de impactos de la pieza.

Fast Radius se compromete a utilizar tecnologías de vanguardia, así como métodos probados y verdaderos, para hacer que cada fabricación sea más eficiente y efectiva. Trabajamos con cada uno de nuestros clientes para optimizar el diseño y la capacidad de fabricación de las piezas, porque nos enorgullecemos de ofrecer componentes de calidad superior a tiempo y a precios competitivos. Contáctenos hoy para averiguar cómo podemos ayudarlo.