Beherrschung von Gitterstrukturen für den 3D-Druck:Design, Optimierung und Generierung

Aufgrund der Komplexität von Gitterstrukturen ist es unpraktisch, sie mit typischen CAD-Tools in das Teil zu modellieren. In den meisten Fällen wird das Teil im CAD so gezeichnet, als ob es massiv wäre. Nachdem das Teil entworfen wurde (unter Berücksichtigung der DFAM-Prinzipien), wird das Modell in ein anderes Softwarepaket importiert, um eine Gitterstruktur zu generieren. Zu den gebräuchlicheren Programmen für diesen Zweck gehören Netfabb oder nTopology. 

Eine weitere Methode zur Erzeugung einer 3D-gedruckten Gitterstruktur ist das generative Design. In diesem Fall werden die Verbindungspunkte, Massenbeschränkungen und erwarteten Belastungen eines Teils definiert. Ein Algorithmus generiert dann Hunderte von Lösungen, die den Anforderungen entsprechen würden. Von dort aus kann aus den Lösungen die optimale Gitterzellstruktur und Zelldichte ausgewählt oder durch weitere Iteration generiert werden. Beim Erstellen einer Gitterstruktur ist es wichtig zu verstehen, welche Faktoren die Gesamtfunktion des endgültigen Teils beeinflussen. Diese Faktoren sind unten aufgeführt:

• Gittermaterial: Beim 3D-Druck in Metall besteht das Gitter oft aus dem gleichen Material wie das Gesamtteil. Wenn jedoch ein flexibles Gitter erforderlich ist, können Teile aus mehreren Materialien in Betracht gezogen werden. Einige Produkte verwenden weiche, flexible Materialien für das Gitter und widerstandsfähigeres Material als Hülle zum Schutz des Gitters. Ein häufiges Beispiel hierfür ist die Sohle eines Laufschuhs.
• Gitterstruktur: Die grundlegendsten 3D-gedruckten Gitterstrukturen weisen sich wiederholende und gleichmäßige Muster im gesamten Teil auf. Fortgeschrittenere Methoden variieren jedoch die Zell- und Balkenstruktur, um in Bereichen, die zusätzliche Festigkeit benötigen, dichter zu sein und das Gitter in Bereichen, die weniger Belastungen ausgesetzt sind, weniger dicht zu halten. Die individuelle Form der Zellen hat auch einen erheblichen Einfluss auf die Teileleistung, da unterschiedliche Strukturen unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben.
• Zellenausrichtung: Die Ausrichtung einzelner Zellen in einer 3D-gedruckten Gitterstruktur kann die Komplexität des Drucks beeinflussen. Beispielsweise empfiehlt es sich, die Zellen so auszurichten, dass sie sich während des Druckvorgangs selbst abstützen können, ohne dass Stützstrukturen erforderlich sind. Vom Versuch, Stützstrukturen von Hunderten kleiner Zellen zu entfernen, wird abgeraten.