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創(chuàng)變的時(shí)代，每個(gè)行業(yè)都在日新月異的革新中，3D打印也不例外！其不僅在技術(shù)上升級(jí)迭代，更是在產(chǎn)品功能和應(yīng)用的多樣化中不斷創(chuàng)新，尋求更多“出圈”的可能，而事實(shí)上，3D打印已經(jīng)做到了！

晶格作為3D打印輕量化設(shè)計(jì)的重要手段，雖然它的復(fù)雜性和微妙性對(duì)設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)不小挑戰(zhàn)，但其對(duì)可制造空間擴(kuò)展的價(jià)值是被證明了的：一方面它讓產(chǎn)品極具幾何美感以及科幻感，另一方面也因?yàn)?D打印晶格結(jié)構(gòu)的特性，產(chǎn)品會(huì)具有輕盈、富有彈性等特點(diǎn)。

△3D打印的不同晶格構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

探秘晶格

晶格是由節(jié)點(diǎn)和梁或支柱組合的網(wǎng)絡(luò)組成的二維或三維微體系結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它就是3D打印物件最常見(jiàn)的一種鏤空的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并不是隨機(jī)堆砌出來(lái)的，而是結(jié)合晶體學(xué)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以這種鏤空的結(jié)構(gòu)在專(zhuān)業(yè)上被叫做晶格。

在業(yè)內(nèi)，晶格結(jié)構(gòu)被定義為包含在3D空間中重復(fù)對(duì)齊的互連支柱或板陣列的復(fù)雜架構(gòu)。它是指某種結(jié)構(gòu)的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結(jié)構(gòu)，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構(gòu)、均勻異構(gòu)、非均勻同構(gòu)和非均勻異構(gòu)四種。

 △3D打印的氧化物陶瓷晶格構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

別具一“格”

晶格具有許多吸引人的特質(zhì)，而這些特質(zhì)只能通過(guò)3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的形成和使用來(lái)闡述。晶格結(jié)構(gòu)用途如下：

·減少材料使用和成本。晶格設(shè)計(jì)可以通過(guò)去除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來(lái)減少材料浪費(fèi)。比如在航空航天工業(yè)中，晶格結(jié)構(gòu)的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用，在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下，大大節(jié)省成本。

·輕量化。通過(guò)晶格技術(shù)，可以將晶格參數(shù)精確調(diào)整到零件上的物理負(fù)載，將零件的整體質(zhì)量減少90％或更多。在許多應(yīng)用中，零件或組件的最終重量，通常越輕越好。

·改進(jìn)的強(qiáng)度重量比。晶格結(jié)構(gòu)具有高比剛度和比強(qiáng)度的特點(diǎn)，雖然它會(huì)降低零件的整體強(qiáng)度，但減輕重量可以改善強(qiáng)度重量比。這對(duì)需要推重比最大化的汽車(chē)和航空航天領(lǐng)域具有非常重要的意義。

△3D打印的金屬晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

·高表面積。一些應(yīng)用側(cè)重于最大化表面積，而不是機(jī)械強(qiáng)度。利用晶格技術(shù)，可以提供更多曲面，大量釋放表面積，而不會(huì)增加其總體占地面積，這對(duì)于促進(jìn)熱交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品而言是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

·出色的減震和沖擊保護(hù)。晶格結(jié)構(gòu)在消散震力和沖擊載荷方面非常有效，因?yàn)閱卧Y(jié)構(gòu)有助于整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少?zèng)_擊應(yīng)力，也可以用作犧牲特性以保護(hù)產(chǎn)品的關(guān)鍵組件免受意外跌落等動(dòng)態(tài)事件的影響。

·理想的生物相容。在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)，令構(gòu)造物具有接近周?chē)墙M織的機(jī)械性能，讓植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合，以促進(jìn)骨生長(zhǎng)。

釋放無(wú)限潛能

晶格結(jié)構(gòu)是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)?；谄鋸?fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使用水射流切割、鑄造、化學(xué)鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造，耗時(shí)、昂貴，并且無(wú)法達(dá)到高分辨率，而采用3D打印的數(shù)字化制造方式，可實(shí)現(xiàn)以較低的成本和時(shí)間制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀，這一顯著的優(yōu)勢(shì)讓其成為理想的零件成形方式，并讓其收獲了各行業(yè)無(wú)數(shù)用戶(hù)的擁躉。目前，除了在消費(fèi)品、體育用品、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)向著多個(gè)行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用進(jìn)行著持續(xù)性的推廣和研究：

·再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，骨組織支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的晶格，其規(guī)則的孔洞能夠在促進(jìn)組織生長(zhǎng)的同時(shí)提供結(jié)構(gòu)性支撐，其晶格成型難的問(wèn)題可以通過(guò)采用3D打印技術(shù)得到解決。

△3D打印的生物陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

·汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的多孔或者蜂窩狀吸能盒可以有效提高汽車(chē)的安全性能，其具備優(yōu)異力學(xué)性的結(jié)構(gòu)面臨著成型成本高昂的問(wèn)題，但可以使用先進(jìn)的3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化解決。

·航空領(lǐng)域所需要的機(jī)翼夾層結(jié)構(gòu)中的晶格設(shè)計(jì)同樣具備很高的強(qiáng)重比優(yōu)勢(shì)，其成型工藝同樣可以運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行。同時(shí)，超輕型陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)也將解決深空探測(cè)器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能集成。

△3D打印的特種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來(lái)源：升華三維）

由此看來(lái)，3D打印技術(shù)可以在各個(gè)制造領(lǐng)域復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制造中，值得應(yīng)用和推廣。

再塑競(jìng)爭(zhēng)王者

總體來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)的最大價(jià)值之一在于能成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新成為3D打印技術(shù)深化應(yīng)用的核心。但目前，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝的結(jié)合方面仍具有局限性，晶格結(jié)構(gòu)能否與打印路徑匹配，晶格結(jié)構(gòu)的打印效率如何以及在晶格單元胞結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新、單元胞結(jié)構(gòu)的性能研究方面仍有待探索。

同時(shí)目前市面上大多數(shù)的晶格設(shè)計(jì)軟件也幾乎都有局限性，比如晶格種類(lèi)過(guò)少、生成的晶胞質(zhì)量本身有問(wèn)題、效果不理想，另外軟件操作門(mén)檻較高等，種種弊端讓晶格的設(shè)計(jì)與應(yīng)用非常不友好。

作為國(guó)內(nèi)最早從事金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)研究的團(tuán)隊(duì)之一，升華三維一直面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造的難題，積極貫通從3D打印裝備、3D打印材料到操作軟件的全流程全配套的高附加值服務(wù)?；谏A三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法，可根據(jù)客戶(hù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求進(jìn)行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與填充制造，快速落地應(yīng)用。

△多孔陶瓷構(gòu)件應(yīng)用案例（來(lái)源：升華三維）

未來(lái)，隨著先進(jìn)制造工藝的快速發(fā)展，超材料的晶格結(jié)構(gòu)的制造成為可能。升華三維將深化對(duì)特種金屬、特種陶瓷與其他先進(jìn)材料的開(kāi)發(fā)與研究，加強(qiáng)對(duì)大尺寸、高性能、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)與制造能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)層內(nèi)各種穿插、交織、多孔等三維結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度、剛度、韌性、耐久性等多性能的完美平衡，為客戶(hù)提供理想的產(chǎn)品。相信，未來(lái)還會(huì)有更多晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在更多領(lǐng)域中，讓我們不斷在改進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能設(shè)計(jì)中，贏得更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，積蓄勢(shì)能，爭(zhēng)做王者！