采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计
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在金属打印过程中，支撑能够起到导热和防止应力变形的作用，但支撑的存在也给后处理带来了诸多不便。镂空支撑的出现大大减轻了支撑的去除难度，同时有利于节省材料。
拓补优化是实现零部件减重的重要手段，伴随结构优化的进行，零部件会出现大量的镂空结构，在SLM打印过程中不得不添加支撑以实现顺利制作。
在Materialise的众多案例中，有一项是采用点阵结构来取代支撑实现轻量化和高强设计的应用。
案例一：减重63%的钛合金航天部件
GE Aviation 用3D打印制造了著名的一体化燃油喷嘴。他们是众多了解3D打印技术能对航空航天业产生巨大影响的公司之一。这不仅体现在供应链方面，也体现在减重方面，飞机更轻可以节省更多的燃料。
使用与模拟和分析软件完全兼容的Materialise软件，用户可以制造出重量轻且强度高的工业金属部件。该部件在GE位于不莱梅的金属打印中心采用钛合金3D打印。与传统技术制造的部件相比，重量减轻了63%。
如何制造高强度轻量化部件
为了减少支架和支撑结构的重量，Materialise团队使用设计优化软件3-matic来检测哪些区域可以用蜂窝结构来替换，这些区域可以减少材料使用，同时能够保证所需的强度。然后团队确定了结构单元的大小和位置，并重新设计了部件以确保其可以实现打印。
应用团队根据应力和可打印性修改了光束直径，并测试了最终设计中的应力积累，检查是否需要拓扑优化。经过多次仿真迭代后，支架重量减少了63%。
最终结果
●原本成为损耗的支撑被功能性的轻量化结构所取代
●减少了后处理的工作量
●材料使用量减少63%
●由于减少了材料使用，并扩大了支撑面积，从而减少了热应力
凭借3-matic与有限元分析软件之间无缝衔接，金属部件的强度和可打印性才得以保证。如此显著的减重可以大大减少飞机的燃料消耗和碳排放。
案例二：气流冷却器
在使用通风机产生气流时，由于产生的是层流，通风机的叶片会阻断一部分气流，导致效率降低。这个气流冷却器内部独特的鳍片设计有助于形成湍流，增加气流的流速。
气流冷却器的外部是适合3D打印制造的随型冷却水道，起到最佳的降温效果。较低的表面温度有助于内部热空气向外扩散，获得与鳍片更大的接触面积，从而形成更大的湍流。
鳍片中的点阵结构避免了对支撑结构的需求，既轻便又坚固。 设计时还做了精心考量，尽可能避免粉末被卡在部件内部。
End
无论是减重，还是可打印性，甚至如何提高性能，避免制造缺陷，设计将成为3D打印制造整个链条中极为重要的一环。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计