Geräusch- und Stoßabsorption maximieren mit 3D-gedruckten Gitterstrukturen

Von Tristan Antonsen, Application Engineer, Fast Radius

Gitterstrukturen (Lattices) sind dreidimensionale Strukturen aus sich wiederholenden Elementarzellen, gebildet durch sich schneidende Balken und Knoten. Diese Mikroarchitekturen gewannen an Popularität für: Leichtbau-Teile mit vergleichbaren Materialeigenschaften und struktureller Integrität wie Legacy-Komponenten – oft mit weniger Übermaterial. Auch zur Absorption von Impact, Geräusch, Vibrationsdämpfung – durch niedrige Steifigkeit und Fähigkeit, Belastungen zu tragen und sich zu erholen.

Überraschende Praxisanwendung: Beeindruckt von Carbons Digital Light Synthesis™, entwarf Adidas eine Zwischensohle für Sportschuhe mit hoher Impact-Absorption durch Gitter. Materialanforderung: widerstandsfähig, flexibel, exzellenter Rebound, minimierter Schock für Athletenkörper. Carbons Technologie meisterte die Herausforderung – Ergebnis: Adidas Futurecraft 4D Zwischensohle mit außergewöhnlicher Impact-Absorption bei kleinem Bauteilvolumen.

Was Produktmanager über Gitter für maximale Vibrations- und Energiedämpfung wissen müssen.

Alles über Gitterstrukturen

Kleine Größe und komplexe Geometrie machen Gitter schwer durch traditionelle subtraktive Fertigung – daher typischerweise 3D-Druck.

Wesentlicher Vorteil des Design for Additive Manufacturing (DfAM): inverser Designprozess – optimale Materialeigenschaften für die Anwendung designen, statt vorhandenes passendes Material zu suchen.

Manche Materialien dissipieren Energie inhärent besser – EPU 40 dämpft Vibrationen besser als EPU 41. Materialwahl passend zu Anforderungen maximiert Impact-Absorption.

Während Materialwahl signifikant ist, hat Gitterdesign in den meisten Fällen größeren Einfluss auf Dämpfungseffekt. Makroebene: Gitter designed zum Biegen oder Knicken bei Impact. Biegende Gitter: sehr elastisch, federnd. Knickende Gitter: einzelne Balken geben nach, extrem effektiv bei Energiedissipation. Freie Schichtdämpfung kann zusätzlich angewendet werden.

Granularebene: Wiederholendes Muster aus Balken und Knoten = Elementarzellen. Enorme Kombinationsmöglichkeiten. Offene, spärliche Zellen → weiche Gitter. Hohe Konzentration an Dreiecken/Balken → steife Strukturen.

Zelltyp, -größe, -orientierung direkt wirksam auf Dämpfungsverhältnis. Änderungen im relativen Balkendicke-zu-Zellengröße-Verhältnis → drastisch verändertes Verhalten. Alles muss berücksichtigt werden für maximale Impact-Absorption und Energiedissipation.

Gitter für Fertigung designen

Additive Methoden ermöglichen Neues, aber Gitter müssen gut designed sein für effektive Funktion. Durch DfAM-Prinzipien nutzen Ingenieure spezifische 3D-Druck-Eigenschaften für maximal effektive Gitter bei Impact, Schall, Vibration.

Zwei wichtige DfAM-Aspekte: Struktur und Orientierung der Elementarzellen. Gitter muss vor allem druckbar sein: Druckprozess, Druckorientierung, Stützstrukturen in Design einbeziehen für Teileviabilität.

Zellenorientierung erzeugt inhärent anisotrope Teile – Verhalten richtungsabhängig. Nicht notwendiger Nachteil – wenn Gitter in eine Richtung wirken soll (z. B. knickende Gitter), Zellenorientierung in diese Richtung ausrichten.

Richtig implementiert, ermöglicht DfAM Überwindung traditioneller Limitationen und völlig neue Möglichkeiten. Additiv gefertigte Teile mit Gitterstrukturen oft vergleichbarer, wenn nicht überlegener Qualität als Legacy-Prozesse.

Wie Fast Radius Innovation in der Fertigung vorantreibt

Gitterstrukturen: vielseitig, effektiv für Teile, die Impact, Schall, Vibration absorbieren/dissipieren. Schlüsselaspekte: Anforderungen vorab klar definieren, passende Materialien basierend auf Anforderungen/Gitterfunktionalität wählen, Gitterarchitektur entsprechend designen. Beste Materialwahl für Vibrationsdämpfung basierend auf Leistungsanforderungen = idealer Start zur Maximierung von Energiedissipation und Impact-Absorption.

Fast Radius nutzt Spitzentechnologien und bewährte Methoden für effizientere, effektivere Fertigung. Wir optimieren Teile für Design und Fertigbarkeit – Stolz auf überlegene Qualität, termingerecht, wettbewerbsfähig. Kontaktieren Sie uns, wie wir assistieren können.