Cómo las estructuras reticulares impresas en 3D pueden mejorar las piezas

Las estructuras reticulares impresas en 3D son uno de los puntos de venta más importantes de la fabricación aditiva. Son fáciles de fabricar usando el proceso único de impresión 3D, y hay muchos beneficios prácticos al usarlos.

Las estructuras de celosía son esencialmente patrones de relleno:formas de estructurar la geometría interna de una pieza impresa en 3D. En lugar de imprimir en 3D un bloque sólido de plástico o metal, los ingenieros pueden usar patrones entrelazados superpuestos que son parcialmente huecos. Cuando estas redes se diseñan correctamente, pueden mejorar en gran medida las propiedades mecánicas de una pieza, haciéndola más ligera y resistente.

Es importante destacar que las estructuras de celosía se pueden fabricar en cualquier impresora 3D de nivel profesional. Y lo que es más importante aún, estas estructuras no se pueden producir adecuadamente utilizando ninguna otra tecnología de fabricación. Las tecnologías sustractivas no pueden cortar el interior de una pieza sin cortar el exterior, mientras que los moldes simplemente se "llenan" con material líquido; no puede elegir cómo encaja ese material líquido en su lugar como lo hace con una impresora 3D.

Este artículo analiza cómo se fabrican las estructuras reticulares impresas en 3D y por qué se están volviendo tan útiles en lugares como la industria aeroespacial.

¿Cómo se hace una celosía impresa en 3D?

Las estructuras de celosía se pueden ver en todas partes en lugares como puentes y casas de madera. La Torre Eiffel es quizás el ejemplo más famoso del mundo de una estructura de entramado o entramado, con sus vigas superpuestas formando una estructura estable pero en gran parte hueca.

Es posible replicar una estructura de este tipo en una pieza impresa en 3D. Y, por lo general, no es necesario diseñar el marco de celosía manualmente:existen varias herramientas de generación de celosía que generan automáticamente patrones de celosía en función de los parámetros elegidos por el usuario. Las herramientas disponibles comercialmente incluyen topología, Autodesk Within y Meshify.

Pero no todas las redes son iguales. De hecho, las estructuras reticulares varían de muchas maneras, con las variaciones clave que se describen a continuación.

Estructura celular

Las células son las unidades individuales que forman una estructura reticular. Estos suelen ser reconocibles como formas geométricas como cubos, estrellas, hexágonos, octógonos, etc., aunque se pueden combinar múltiples formas para usos mecánicos específicos. A veces, las células son completamente no uniformes, sin un patrón perceptible.

En última instancia, la estructura de la celda, tanto su forma como su tamaño, afecta el comportamiento de una pieza en términos de resistencia, peso, elasticidad y otros factores.

Orientación de celdas

Decidir sobre la estructura y el tamaño de la celda es solo la mitad de la historia. Las formas dentro de una red se pueden orientar de diferentes maneras, lo que también afecta el rendimiento final de la pieza. La orientación también debe determinarse mediante restricciones de impresión:ciertas orientaciones requerirán más estructuras de soporte, por ejemplo.

Material de celosía

No todos los materiales son capaces de imprimir todas las estructuras reticulares. Por lo general, los materiales blandos y elásticos no deben imprimirse con estructuras de celdas grandes, ya que las grandes secciones porosas pueden hacer que la pieza se combe. En la mayoría de los casos, el material de la red será el mismo que el de la carcasa o el material externo, pero las impresoras multiextrusora ofrecen cierta flexibilidad en este sentido.

¿Cuáles son los beneficios de una red impresa en 3D?

Al incorporar estructuras reticulares en las piezas impresas en 3D, los ingenieros pueden obtener beneficios como la reducción de peso, la mejora de la resistencia de las piezas y la absorción de impactos.

La reducción de peso es quizás el más importante de esos beneficios y la razón principal por la que los ingenieros están tan interesados ​​en optimizar sus estructuras impresas con geometrías internas estampadas. Una característica clave de las estructuras de celosía es su vacío parcial:las celdas contienen espacios vacíos, por lo que aparte de un patrón de celosía interno, presenta menos material general que una parte equivalente con relleno sólido.

Menos material en general significa menos masa, lo que es una gran ventaja para los usuarios de FA en industrias como la automotriz y aeroespacial, donde reducir unos pocos gramos puede marcar una gran diferencia en el rendimiento de la pieza. De hecho, algunas de las investigaciones más interesantes sobre celosías se están llevando a cabo en la industria aeroespacial, donde empresas como Boeing han desarrollado materiales de celosía avanzados superligeros.

Menos material también significa menos gastos. Al crear piezas con estructuras reticulares, los ingenieros pueden crear piezas superiores que en realidad cuestan menos que las inferiores.

Pero el objetivo de las estructuras reticulares es reducir la masa sin comprometer la integridad de la pieza. Si bien perforar agujeros arbitrariamente en una pieza podría hacerla más frágil y más propensa a romperse, las estructuras reticulares impresas en 3D están diseñadas para usar el material de la manera estructuralmente más efectiva posible, asegurando que las secciones huecas no sean vulnerabilidades, sino fortalezas en sí mismas.

Las piezas parcialmente huecas con estructuras de celosía pueden ser más fuertes que sus equivalentes sólidas, porque los espacios vacíos en una celosía sirven para mejorar la absorción de impactos y reducir la tensión de impacto. Las piezas con estructuras reticulares de celdas grandes pueden ser muy flexibles y elásticas, lo que reduce la fragilidad y la posibilidad de rotura.

Menos importante pero aún notable es la estética de las celosías. Estos patrones complejos son algunas de las formas más impresionantes que los ingenieros pueden crear con una impresora 3D, por lo que las piezas con celosías impresas suelen ser tan llamativas visualmente como prácticas.

Resumen de los beneficios de las celosías impresas en 3D:

• Ligero
• Menos uso de material
• Fuerte
• Absorbente de impactos
• Estética

¿Pueden las máquinas CNC hacer estructuras de celosía?

En resumen, no. Las máquinas CNC y otras tecnologías de fabricación sustractiva no pueden crear estructuras de celosía 3D porque utilizan herramientas de corte para eliminar material de un bloque sólido. Una máquina CNC podría cortar las secciones huecas de la primera fila de celdas de celosía, pero la herramienta de corte llegaría a un callejón sin salida. No puede cortar la siguiente fila de secciones huecas porque las secciones sólidas están en el camino.

Una impresora 3D no encuentra este problema porque fabrica partes en rebanadas o secciones transversales, construyéndolas de la nada en lugar de cortarlas a partir de un bloque sólido. Por lo tanto, la fabricación aditiva está muy lejos de ser la mejor tecnología de fabricación para crear estructuras de celosía.

Tenga en cuenta, sin embargo, que las máquinas CNC pueden crear efectivamente estructuras reticulares 2D, como rejillas, y estas celosías mecanizadas CNC específicas pueden, de hecho, ser más fuertes que las impresas en 3D.

¿Cuáles son las aplicaciones prácticas de las redes impresas en 3D?

Las estructuras de celosía impresas en 3D ya tienen aplicaciones en muchas industrias, ya que los ingenieros y diseñadores de productos de todo el espectro comercial buscan constantemente formas de aligerar y fortalecer las piezas.

La reducción de peso es especialmente importante en la aeronáutica y automoción industrias, ya que las piezas pesadas generalmente reducen la velocidad del vehículo y conducen a un mayor uso de combustible. Por lo tanto, las piezas ligeras son mucho más deseables.

Dado que las estructuras de entramado han existido en la arquitectura durante cientos de años, no sorprende que las versiones en miniatura de las celosías también se estén volviendo populares en la arquitectura actual. paisaje. Y debido a que las estructuras de celosía se pueden diseñar con precisión, los investigadores incluso han encontrado formas de crear patrones 3D que reducen el ruido, lo que podría mejorar los materiales aislantes para edificios.

Las celosías impresas en 3D también se encuentran en ropa y calzado , con empresas como Adidas que utilizan redes de elastómero impresas en 3D para suelas intermedias de zapatillas. Estos enrejados brindan un colchón liviano con una gran cantidad de rebote, mucho mejor y más justificable científicamente que las ubicuas "burbujas de aire" de la década de 1990.

Celosías impresas en 3D con 3ERP

3ERP es un proveedor experimentado de prototipos y piezas impresas en 3D, y somos capaces de producir piezas reticulares de alta calidad para una variedad de aplicaciones.

Nuestros servicios de fabricación aditiva incluyen FDM, SLA, SLS y SLM, todos los cuales se pueden utilizar para crear geometrías internas complejas.

Póngase en contacto para una cotización rápida.