用于增材制造的格子类型-工程师需要知道的术语
对于增材制造(AM)有哪些类型的晶格，为什么它们如此重要? 增材制造的优点之一是能够创建精细的高精度形状, 许多设计师利用了这一点，并在他们的组件中添加了点阵或细胞结构. 这些结构可以扩展部件的功能，超出使用传统制造方法的可能性.
让我们解释一下增材制造工程师在提到点阵结构时使用的术语.
什么是使用AM技术的点阵结构?
我们将点阵结构定义为三维空间中由重复单元格元素组成的中观设计元素. 使用AM，晶格带来了许多优点. 它们减少了物体的质量，这意味着使用的材料更少. 细胞结构也可以给物体额外的强度. 你可以在自然界中看到这个概念，比如软木塞， sea urchins, 蜂窝状和骨小梁.
轻质，坚固的设计，如格子，降低了生产成本，燃料使用和材料浪费. 随着工程师们朝着更优化的结构迈进，并开始克服最初在生产中遇到的困难，它们还有许多其他好处.
三种常见的晶格结构族
点阵结构在所有行业中都非常重要，因为它们可以用来塑造零件的物理特性. AM有三种类型的格子. 这些是晶格结构的不同子集，应该根据你想要达到的属性来使用.
最常见的三种晶格结构是:
- 基于表面晶格 -由三角方程生成的格子. 修改方程可以控制3D结构的形状、大小和密度.
- Strut lattices -由一系列杆状结构组成的结构，这些杆状结构以不同的方向连接在一起，形成晶格的不同单元格.
- Planar-based晶格 -在2D平面上创建周期性图案的结构，然后在单一方向上挤压以创建3D结构
三个不同晶格族的例子. 在左边，我们有基于表面的晶格，特别是TPMS表面. 在中心，我们有一个基于支柱的晶格，在右边，我们看到一个平面或2.5d lattice.
基于表面晶格
基于表面的晶格的子集是三周期极小曲面(TPMS)。. TPMS结构用方程来定义. 一个著名的例子是陀螺晶格结构，如上图所示. 陀螺结构定义为:sin(x)cos(y) + sin(y)cos(z) + sin(z)cos(x)=0.
TPMS Structures
TPMS结构有两种不同的形式, 这些被称为基于薄片和骨架的表面晶格. 每个TMPS网格都可以修改为具有这些形式，并且可以通过切换Altair中的双皮肤复选框来创建它们 Altair Sulis. TPMS晶格的薄片和骨架版本可以用于不同的目的, 其中包括用于骨骼基晶格的生物支架, 板材基TPMS结构的高表面积体积比使其成为热管理应用的理想选择.
两种类型的TPMS陀螺晶格. 左边的晶格是骨架结构，右边的晶格是片状结构.
通过修改方程，可以创建不同的结构. Over the years, 研究人员和数学家基于这种格式推导出了许多不同的结构.
在Altair Sulis中创建的不同TPMS陀螺仪结构的例子. 这些可以通过操作三角函数来创建.
Strut-Based晶格
下一类晶格结构是基于支柱的晶格. 这些结构是由一系列杆状结构组成的，这些杆状结构以不同的方向连接在一起，形成晶格的不同单元格. 使用Sulis创建的这些结构的一些示例如下图所示.
一系列基于支柱的晶格结构，包括不同的单元格类型.
As you can see, 棒的连接方式对晶格结构的机械性能有重要影响. 传统上，基于支柱的晶格是最常见的晶格结构类型. 然而，正确地设计基于支柱的网格是具有挑战性的.
周期和随机晶格结构
杆的连接方式也给了我们另一种描述基于支柱的格的方法. 有些格子在整个部分都有相同的重复单元格. 这些被称为周期晶格. 另一种方法是在整个结构中随机连接细胞. 这些被称为随机晶格结构.
随机晶格通常用于生物医学应用，因为它们可以被设计成与人类骨骼的特性非常相似，并且在重新连接体内的骨骼结构方面非常出色.
周期晶格结构vs随机晶格结构. 左边的晶格是由相同的重复单元组成的均匀周期晶格结构. On the right, 我们可以看到一个随机晶格，它的方向和结构都是随机的.
Planar-Based晶格
三维空间中由重复单元格元素组成的最后一类中观设计元素是平面点阵. 这有时也被称为2D或2.5D lattices. 这些结构在二维平面上以周期性模式创建，然后在单一方向上挤压以创建3D结构. 如下图所示.
一个平面晶格结构的例子.
这些结构是非常有用的设计时，以最少的材料使用- 增材制造设计的四个关键原则之一 -因为它们可以用于任何存在散装材料的地方，以减少打印零件所需的质量和材料.
平面晶格是最简单的晶格结构类型，通常可以使用任何传统的CAD软件作为BREP模型创建. Sulis可以用来为更复杂的形状创建这些类型的结构. 你可以看到如何使用平面晶格来移除材料和 在本设计教程中创建一个美观的部分.
所有的格子都是均匀的吗?
我们已经介绍了描述不同晶格族的基本术语. 然而，还有一些更重要的术语你需要知道. 首先，我们需要描述晶格是相同的还是通过部分变化. 为了描述这一点，我们引入齐次格和非均质格这两个术语.
均匀晶格结构
均匀晶格结构在整个部件上具有均匀的晶格性质. Conversely, 具有异相晶格结构, 一个或多个晶格性质在改变. 用户可以决定更改的常见属性包括单元格的密度, wall thickness, and size.
均质和非均质晶格结构的例子.
异质晶格结构
非均质晶格是有用的，因为我们可以在零件的特定区域定制晶格的性质. 例如，晶格的密度可以由有限元分析(FEA)驱动。. In areas, 哪里的零件应力较大, 我们可以增加晶格的密度，从而增加那个位置的强度.
Conformal Lattices
我们在这篇文章中要介绍的最后一个格描述符是一个共形格. 格子既可以在设计空间中是均匀的，也可以符合零件的形状. 可以设置共形格以遵循零件的轮廓. 这使得格子看起来更吸引人, 更重要的是, 能否减少在零件边界处积聚的应力集中.
