Utilisation de treillis imprimés en 3D pour maximiser l'absorption du bruit et des chocs

Par Tristan Antonsen, ingénieur d'application, Fast Radius

Les treillis sont des structures tridimensionnelles constituées d'une série de cellules unitaires répétitives créées par un motif de poutres et de nœuds qui se croisent. Ces micro-architectures ont gagné en popularité ces dernières années pour un certain nombre de raisons, notamment leur capacité à permettre la production de pièces légères présentant des caractéristiques matérielles et une intégrité structurelle comparables à celles des composants existants, et souvent avec moins de matériau excédentaire. Les treillis sont également utilisés pour absorber les chocs, le bruit et les vibrations, car ils peuvent avoir une faible rigidité et la capacité de supporter et de récupérer des contraintes.

Cela a des applications réelles peut-être surprenantes. Impressionné par ce que nos partenaires de Carbon accomplissent avec leur technologie pionnière Digital Light Synthesis ™, le géant des vêtements de sport Adidas a cherché à concevoir une semelle intermédiaire pour chaussures de sport qui intègre la haute absorption des chocs fournie par les treillis. Les exigences matérielles représentaient un défi :la semelle devait être résistante et flexible, fournir un excellent rebond et minimiser les chocs sur le corps de l'athlète. La technologie de Carbon a relevé le défi - le résultat est la superbe semelle intercalaire Adidas Futurecraft 4D haute performance, qui offre une absorption d'impact exceptionnelle avec un petit volume de composants.

Voici ce que les chefs de produit doivent savoir sur la façon dont les treillis peuvent être utilisés pour fournir un amortissement maximal des vibrations et de l'énergie.

Tout sur les réseaux

En général, la petite taille et la géométrie complexe des treillis les rendent difficiles à créer par les méthodes de fabrication soustractives traditionnelles; les treillis sont donc généralement produits via des procédés d'impression 3D.

L'un des principaux avantages de la conception pour la fabrication additive est qu'elle permet aux chefs de produit de mettre en œuvre un processus de conception inverse, ce qui signifie qu'ils peuvent concevoir des caractéristiques de matériau optimales pour s'adapter à l'application donnée au lieu d'essayer de trouver un matériau approprié qui existe déjà.

Certains matériaux sont intrinsèquement meilleurs pour dissiper l'énergie - l'EPU 40 est un meilleur matériau d'amortissement des vibrations que l'EPU 41, par exemple - et le choix d'un matériau qui s'aligne sur les caractéristiques requises des applications de pièces permet aux fabricants d'augmenter l'absorption des chocs de leurs composants. /P>

Alors que le choix des matériaux joue un rôle important dans la capacité d'un treillis à amortir les vibrations et à dissiper l'énergie, la conception du treillis, dans la plupart des cas, a un effet plus important sur l'effet d'amortissement d'une pièce. Au niveau macro, les structures en treillis sont généralement conçues pour se plier ou se déformer lors de l'impact. Les treillis de flexion sont très élastiques et élastiques, tandis que les treillis de flambage permettent aux poutres individuelles de céder et de se plier, ce qui est extrêmement efficace pour dissiper l'énergie. Des traitements d'amortissement de couche libre peuvent également être appliqués aux pièces.

À un niveau granulaire, le motif répétitif des poutres et des nœuds qui composent le réseau est appelé les cellules unitaires. Il existe un nombre énorme de combinaisons potentielles de nœuds et de poutres, mais les cellules unitaires ouvertes et clairsemées créent généralement des réseaux souples, tandis que les cellules unitaires avec une concentration plus élevée de triangles et de poutres créent généralement des structures rigides.

Le type, la taille et l'orientation des cellules ont un effet direct sur le rapport d'amortissement du matériau d'un réseau, et les changements dans l'épaisseur relative des poutres par rapport à la taille de l'unité de cellule entraîneront également un comportement radicalement différent du réseau - tous qui doivent être pris en compte pour maximiser l'absorption des chocs et la dissipation d'énergie.

Concevoir des treillis pour la fabrication

Alors que les méthodes additives ont permis aux fabricants de créer des choses qui n'étaient pas possibles auparavant, les treillis doivent toujours être bien conçus pour remplir efficacement leurs fonctions prévues. En intégrant les principes de conception pour la fabrication additive (DFAM), les ingénieurs peuvent aider à utiliser les propriétés spécifiques du processus d'impression 3D pour s'assurer que leurs structures en treillis sont les plus efficaces pour absorber les chocs, le son et les vibrations.

Deux considérations DFAM importantes sont la structure et l'orientation des cellules unitaires d'un réseau. Le treillis doit avant tout être imprimable. Cela inclut la prise en compte de considérations telles que le processus d'impression, l'orientation de l'impression et parfois les structures de support dans la conception pour garantir la viabilité de la pièce.

L'orientation des cellules du réseau crée intrinsèquement des parties anisotropes, ce qui signifie que les composants se comportent différemment dans une direction par rapport à une autre. Ce n'est pas nécessairement un inconvénient, cependant - si un treillis doit se comporter dans une direction (comme c'est le cas avec les treillis de flambage), les chefs de produit doivent s'assurer que l'orientation des cellules de la structure est correctement alignée dans cette direction.

Lorsqu'il est correctement mis en œuvre, le DFAM permet aux fabricants de contourner les limites des méthodes de fabrication héritées et de rendre possible des choses complètement nouvelles. Dans de nombreux cas, les pièces produites de manière additive qui incorporent des structures en treillis sont de qualité comparable, voire supérieure, aux pièces créées via des processus hérités.

Découvrez comment Fast Radius stimule l'innovation dans la fabrication

Les structures en treillis sont une méthode polyvalente et efficace pour créer des pièces qui absorbent et dissipent les impacts, le son et les vibrations. Les considérations clés dans la conception du treillis impliquent de définir clairement les exigences dès le départ, de sélectionner les matériaux appropriés en fonction de ces exigences et de la fonctionnalité souhaitée du treillis, et de concevoir la structure du treillis en conséquence. Choisir le meilleur matériau pour l'amortissement des vibrations en fonction des caractéristiques de performance requises est le point de départ idéal, car cela aidera à maximiser les capacités de dissipation d'énergie et d'absorption des chocs de la pièce.

Fast Radius s'engage à utiliser des technologies de pointe, ainsi que des méthodes éprouvées, pour rendre chaque fabrication plus efficace et plus efficace. Nous travaillons avec chacun de nos clients pour optimiser la conception et la fabrication des pièces, car nous sommes fiers de fournir des composants de qualité supérieure dans les délais et à des prix compétitifs. Contactez-nous dès aujourd'hui pour savoir comment nous pouvons vous aider.