بهینه‌سازی مدل‌های پرینت شده‌ی سه بعدی با ایجاد ساختارهای مشبک

مدل‌های پرینت شده‌ی سه بعدی خود را با ایجاد ساختارهای مشبک بهینه‌سازی کنید.
استقامت یک قطعه چاپ شده از دو عامل نشات می‌گیرد: 1- مواد مورد استفاده 2- طراحی آن.
اگر می‌خواهید ساختار مشبک بهینه‌ای داشته باشید باید از مواد پلی آمید یا نایلون شیشه‌ای استفاده کنید. اما به این نکته توجه کنید که ساختارهای سخت به راحتی خواهند شکست، اما اگر این ساختارها با طراحی مناسبی ایجاد شوند، بسیار مستحکم و غیر شکننده خواهند بود. در این مقاله شما آموزش می‌بینید که چگونه طرح سه بعدی خود را با استفاده از ساختارهای مشبک بهبود دهید.

با ساختارهای خاص می‌توانید اشیا سه بعدی چاپ شده‌ی خود را مقاوم‌سازی کنید.
مواد چاپ سه بعدی بسیار متنوع هستند و شما به آسانی می‌توانید مواد مناسب برای پروژه‌ی خود را بیابید. اگر چه خصوصیات مکانیکی یک قطعه بسیار مهم هست، اما شما نباید از اهمیت طراحی غافل شوید. برای کمک به مقاوم‌سازی موادی که انتخاب نموده‌اید، برخی ساختارها وجود دارد که به شی شما استقامت می‌بخشند. برای اطلاعات بیش‌تر شما می‌توانید به مقاله‌هایی که در آینده در آکادمی چاپ سه بعدی ارائه خواهد شد با عنوان‌های " بهینه‌سازی وضعیت فیزیکی چاپ سه‌بعدی" و " ساختار اره مویی قطعات چاپ شده شما را مقاوم می‌کند." مراجعه نمایید. اما در این مقاله به کاربرد ساختارهای مشبک پرداخته خواهد شد.

یک ساختار مشبک چیست؟
          یک ساختار مشبک، ساختاری مهندسی یا معماری است که از الگوهای مورب توخالی ساخته شده است. این طراحی خاص، یک شبکه از هاشورهای مورب ایجاد می‌کند که به کل ساختار استحکام می‌بخشد. از آن‌جا که ساختارهای مشبک یک ساختار بهینه‌ی مسلح ایجاد می‌کند، بیش‌تر از ساختارهای تزئینی معمول هستند.

اهمیت ساختارهای مشبک در چاپ سه بعدی چیست؟
       در چاپ سه بعدی، ساختارهای مشبک مزیت‌های زیادی دارند. آن‌ها توده و وزن شی را کاهش می‌دهند و این به معنی مصرف کم‌تر مواد چاپ و در نهایت قیمت پایین‌تر است. بعلاوه، ساختارهای مسطح در این روش طراحی، ساختارهای مسطح با ساختارهای مورب جایگزین می‌شوند، که این روش نیز باعث مصرف مواد چاپ کم‌تر می‌شود. بنابر این در بخش ساخت افزوده شما می‌توانید یک قطعه را با هزینه‌ی کم‌تری بسازید. هم‌چنین با وجود این‌که مصرف مواد کاهش یافته است، قطعه‌ی چاپ شده همانند یک قطعه‌ی مسطح مقاوم است. مزیت اصلی این ساختارها، خاصیت تهویه مناسب این ساختارها است. در ساختارهای مسطح، حرارت در یک فضای محدود بسته به ضخامت آن محبوس می‌شود. اگر به هنگام چاپ، حرارت به خوبی جریان نداشته باشد، باعث خود کوچک شوندگی و خرابی مدل می‌شود. اما با استفاده از ساختارهای رایج مشبک، حرارت در بین بخش‌های حفره‌ای با سرعت بیش‌تر و یکنواخت‌تر منتقل می‌شود.

ساختارهای مشبک برای چاپ سه‌بعدی فلز
ابزار Agile Metal Technology Suite یک ابزار مفید برای چاپ سه بعدی فلزات است که شما می‌توانید توسط آن مدل طراحی شده‌ی خود را تجزیه و تحلیل و بهینه‌ سازی کنید و آن را بهبود بخشید. هم‌چنین در بسته‌های نرم‌افزاری طراحی با استفاده از ابزاری به نام Automatic Lattice Generator Tool می‌توانید ساختار مشبک را به صورت اتوماتیک به مدل خود اضافه نمایید. این ابزار می‌تواند، نیروهای استاتیکی را مورد ارزیابی قرار می‌دهد و یک ساختار مناسب به مدل شما اضافه می‌کند. هم‌چنین شما می‌توانید انتخاب کنید که چه ساختاری را شما نیاز دارید و چه ساختاری  را نیاز ندارید. بنابر این می‌توانید آن را اصلاح نموده و با توجه به هزینه بهینه‌تر و ارزان‌تر نمایید. ساختارهای مشبک معمولاً زمانی توسط فلز چاپ سه‌بعدی می‌شوند که برای ایمپلنت و پروتز استفاده شوند. این فرآیند  بسیار مهم است هنگامی که این قطعات در بدن انسان به کار گرفته خواهند شد. به خاطر این‌که این اجازه می‌دهد که استخوان‌های بیمار یا ایمپلنت سه بعدی ترکیب شود. بنابر این مواد مورد استفاده باید از جنس تیتانیوم مناسب با زیست باشند.

چگونه ساختار مشبک طراحی می‌شود؟
ساختارهای مشبک می‌تواند درون شی طراحی و یا دیده شوند. آن‌ها می‌توانند به عنوان یک زینت تصویری یا به صورت مخفی درون دیواره‌های شی شما جهت یک ساختار مسلح شده به کار گرفته شود. نرم افزارهایی مختلفی وجود دارد که جهت ساخت این ساختارها استفاده می‌شود. برخی از این نرم‌افزارها در زیر آمده‌اند:
    Autodesk Within
    nTopology
    Netfabb
    Cura
درون نرم‌افزارهای طراحی و مدل‌سازی مورد علاقه‌تان، شما می‌توانید هم‌چنین یک ابزار برای ایجاد ساختارهای مشبک بیابید. اما نرم‌افزارهای اشاره شده در بالا مقاومت شی شما را به منظور ایجاد ساختار مشبک بهینه شده، محاسبه می‌کنند.

مشبک‌های سه‌بعدی چاپ شده: چالش‌ها
مشکل اصلی با ساختارهای مشبک، آزمایش ساختار نهایی است. با توجه به شکل پیچیده‌ی اشیا، این مشکل است که تعیین شود که آیا این شی، بار یا استرس در بازه‌ی زمانی طولانی را تحمل خواهد کرد یا خیر؟
جهت حل این مشکل تعداد کمی راه حل وجود دارد که اثبات می‌کند یک ساختار مشبک قوی هست. شناخته شده‌ترین روش و اما زمان‌برترین روش و هم‌چنین گران‌ترین روش، سی تی اسکن هست. این روش از اشعه‌ی ایکس به منظور بررسی ساختار داخلی شی چاپ شده‌ی سه‌بعدی استفاده می‌کند.
روش دیگر بررسی خصوصیات شی در حین فرآیند چاپ هست. به هر حال، تحقیقات آینده و بهبودها با در این زمنیه متمرکز شود تا استفاده از ساختارهای مشبک در فرآیندهای تولید عمومیت یابد.

مثال طراحی مشبک
شکل، اندازه و هم‌چنین تراکم ساختار مشبک عوامل کلیدی برای این هستند که شی چگونه استرس و یا بار را تحمل می‌کند. برای مثال، تراکم مشبک مقاومت و وزن یک قطعه را تعیین می‌کند. روی یک قطعه‌ی چاپ شده‌ی سه بعدی، بزرگ‌ترین بخش ساختار مشبک است و سنگین‌تر و صلب‌تر خود شی است. با یک ساختار متراکم و لاغر تر، شی می‌تواند خیلی مقاوم شود. زیرا، این موضوع می‌تواند استرس را به نفع انعطاف پذیری بیش‌تر جذب کند.
بر اساس نمودار پایین، شما می‌توانید دو شکل متفاوت از مشبک‌ها را مشاهده نمایید. شکل دست چپ معمول‌تر است. شکل مشبک دست راست به خاطر ایجاد ساپورت مرکزی، مقاوم‌تر است.

شکل‌های دیگری مانند الگوی ورنویی، شش وجهی، شکل‌دهی خاص و تصادفی و شکل‌های ارگانیک نیز جهت ایجاد ساختارهای مشبک استفاده می‌شوند.



نظرات

نظر شما