认知3D列印单色内部结构的操控性和内部结构设计准则

胞元内部结构是involves锻造的两个关键的科学研究应用领域领域，正像制砖的铸铁，胞元的应用领域增加了金属材料的采用，有效率协助同时实现高操控性。三种常用的胞元内部结构主要就包括蜂巢，接合处资产泡沫，闭孔资产泡沫与单色内部结构。

单色内部结构金属材料虽然在热、电和成像操控性等各方面具备的竞争优势，和做为潜在性的高操控性金属材料而受现代人高度关注。单色内部结构，为同时实现零配件相同的外形和操控性关上了一扇。单色内部结构所所谓的繁杂程度，使involves锻造/3D列印控制技术与锻造有著纯天然的契合点。3D列印的两大竞争优势是稳定性和列印生产成本对商品的繁杂程度不脆弱，这也是繁杂的单色内部结构正式成为3D列印应用领域领域的两大炙手可热科学研究路径的主要就其原因。

在采用3D列印控制技术做为单色内部结构的锻造方式时，结构设计师能够释放和发掘单色内部结构的功能和潜力，从而提高其商品的操控性。同时，单色内部结构的结构设计思路也可以促使结构设计者重新思考零件所需的操控性，以探索更多的结构设计空间。

自然界中随处可见单色内部结构，如骨骼和金属晶体等。在商品结构设计时，利用单色的机械效能，如超大表面积，优异的减震操控性，抗冲击保护等，能够克服传统锻造的限制，创造新的、更高操控性的商品。

单色内部结构金属材料不仅重量轻，而且可以释放大量的表面积 ，这类内部结构能够促进热交换和化学反应。

单色内部结构可以显著增大有效率表面积，如果散热器中充满冷空气，也可以快速带走热量。以计算机热交换器为例，计算机处理器的操控性往往会受产生的热量的影响，热交换器的工作就是在风扇的协助下，将热量从芯片中除去并将其排出到大气中，该系统的整体效率与散热器的表面积息息相关。然而，如果没有3D列印控制技术，“小” 特征想具备大表面积是难以同时实现的。

单色内部结构运动鞋中底，图片来源：Carbon

单色还可以通过更好地吸收能量来保护商品。例如有单色内部结构的运动鞋中底和橄榄球头盔缓冲内部结构，在受外力作用时，它们可以吸收撞击力起到安全保护的作用。

噪音和振动令人不悦，有时振动甚至会降低机器操控性。involves锻造的单色还可以降低机械噪音和振动。虽然刚度低，承受和恢复大应变的能力强，单色在抑制振动各方面很有效率。例如，单色可以运用到重型设备上的隔离垫中，以增加进入锻造系统的能量。单色的可调特性也使工程师可以改进结构设计以匹配其特定应用领域要求。

单色内部结构可以整合入零配件的结构设计中，不仅是从整体外形上与传统的商品结构设计区别开来，还能够同时实现减重、散热、缓冲等相同的功能。此外，相同的单色细观内部结构还将同时实现相同的力学操控性。那么，如何才能释放单色内部结构的种种潜能，确保3D列印部件符合结构设计意图呢？此时，遵循为involves锻造而结构设计（DfAM）的原则变得尤为关键, 即通过形状、尺寸、层级内部结构和金属材料组成的系统综合结构设计，最大限度提高商品操控性。一些关键的DfAM因素主要就包括胞元（单色的基本单位）内部结构、大小和密度，金属材料选择和胞元路径等。

单色胞元内部结构形式众多，它们是单色中的基本单元，常用的单色胞元内部结构有立方体，星形，八角形，六边形，菱形和四面体等。

钛合金“蜘蛛”架，由雷尼绍AM250锻造，Altair Optistrut软件, 和Materialise Magics 软件生成

单色胞元内部结构的大小和密度是指单个胞元的大小和在两个空间内胞元的数量。单色胞元本身的大小取决于其节点和连接节点的梁的厚度和长度。较大的胞元更容易列印，同时也更硬。相应的，较小的胞元更均匀，但会受特征尺寸的限制。在进行单色内部结构结构设计时，可以在单个商品的相同位置上设置相同的密度以同时实现机械操控性。通过传统锻造控制技术同时实现这些操控性，需要进行多个零件组装，而3D列印可以在单一商品中形成相同的功能操控性区域。

锻造金属材料决定了单色的特性。弹性或软质金属材料通常需要结构设计成较小和较密集的胞元群以增加列印期间的下垂。刚性金属材料在列印单色时具备更大的结构设计范围，胞元可以具备更大的尺寸和更少的数量。

单色内部结构的建模和3D列印中还存在不少挑战。 两个关键的挑战是要证明结构设计的操控性可靠性，特别是在抗疲劳各方面。虽然单色内部结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中。

在单色内部结构的结构设计各方面，软件企业与involves锻造企业和单色内部结构应用领域企业进行了大量探索。例如，在软件企业中，安世中德针对involves锻造单色内部结构仿真分析，开发了多尺度算法仿真软件Lattice Simulation,基于多尺度算法，用户可以采用等效均质化控制技术对单色内部结构进行有限元分析,并且提取非均质化单色内部结构的等效金属材料参数，在均质化等效实体模型宏观力学分析后，可以通过局部分析对胞元内部结构进行详细的应力校核。在应用领域企业中，中国空间控制技术科学研究院总体部根据三维单色的胞元形式的特点，结合三维单色在航天器内部结构中应用领域的实际情况，提出三维单色内部结构胞元的表达规范，即通过胞元占据的空间并结合胞元杆件的直径来表达三维单色内部结构胞元的结构设计信息。

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