Maximierung der Stoß-, Lärm- und Stoßdämpfung mit 3D-gedruckten Gitterstrukturen

Veröffentlicht am 19. August 2021

Gitter sind 3D-Mikroarchitekturen, die aus sich wiederholenden Elementarzellen bestehen, die durch sich kreuzende Balken und Knoten gebildet werden. Im letzten Jahrzehnt haben sie sich zu einem Eckpfeiler des Leichtbaus entwickelt und bieten die Festigkeit und Steifigkeit herkömmlicher Komponenten bei deutlich geringerem Materialverbrauch. Über die Gewichtseinsparungen hinaus zeichnen sich Gitter dadurch aus, dass sie Stöße absorbieren, Vibrationen dämpfen und Geräusche reduzieren, da sich ihre Netzwerke mit geringer Steifigkeit unter Last verformen und erholen können.

Ein eindrucksvolles Beispiel für ihre Wirkung in der Praxis ist die Adidas Futurecraft 4D-Zwischensohle. In Zusammenarbeit mit Carbon, dessen Digital Light Synthesis™-Technologie eine präzise Gitterherstellung ermöglicht, hat Adidas eine Zwischensohle entwickelt, die Widerstandsfähigkeit, Flexibilität und hervorragende Rückfederung in Einklang bringt. Das Ergebnis ist ein Hochleistungsschuh, der Stöße für Sportler minimiert und gleichzeitig ein leichtes Profil beibehält.

Produktmanager, die die Gittertechnologie zur Vibrations- und Energiedämpfung nutzen möchten, sollten drei Schlüsselfaktoren berücksichtigen:Materialauswahl, Gitterdesign und Einschränkungen bei der additiven Fertigung.

Gitter verstehen

Herkömmliche subtraktive Methoden haben Schwierigkeiten, die komplizierte Geometrie von Gittern zu erzeugen, weshalb der 3D-Druck die Methode der Wahl ist. Die additive Fertigung ermöglicht einen „inversen Design“-Ansatz – das Entwerfen des optimalen Materiallayouts für eine bestimmte Anwendung, anstatt ein vorhandenes Material an die Aufgabe anzupassen.

Die Wahl des Materials ist entscheidend. Beispielsweise bietet EPU 40 im Vergleich zu EPU 41 eine bessere Vibrationsdämpfung, sodass die Auswahl eines Materials, das den gewünschten Dämpfungseigenschaften entspricht, die Leistung erheblich verbessern kann.

Während das Material eine Rolle spielt, bestimmt oft die Gittergeometrie die Wirksamkeit der Dämpfung. Biegegitter sind hochelastisch und federnd, während Knickgitter die Biegung einzelner Balken ermöglichen und so eine außergewöhnliche Energiedissipation ermöglichen. Zusätzliche Oberflächenbehandlungen können die Dämpfung weiter verbessern.

Im Mikromaßstab bestimmt die Elementarzelle – das sich wiederholende Muster aus Balken und Knoten – das Verhalten des Gitters. Offene, spärliche Zellen erzeugen weiche Gitter; dichtere Zellen mit mehr Dreiecken und Balken ergeben starre Strukturen. Der Zelltyp, die Größe, die Ausrichtung und die Balkendicke im Verhältnis zur Zellgröße beeinflussen alle das Dämpfungsverhältnis des Materials und damit seine Stoßabsorption.

Entwerfen für die additive Fertigung

Eine erfolgreiche Gitterproduktion hängt von den Prinzipien des Design for Additive Manufacturing (DFAM) ab. Ingenieure müssen sicherstellen, dass das Gitter gedruckt werden kann, indem sie den Prozess, die Ausrichtung und die erforderlichen Stützen berücksichtigen.

Die Gitterorientierung führt zu Anisotropie – die Eigenschaften unterscheiden sich entlang verschiedener Achsen. Obwohl dies nicht grundsätzlich ein Nachteil ist, kann die Ausrichtung der Ausrichtung an der beabsichtigten Lastrichtung (z. B. Knickverhalten) die Leistung optimieren.

Bei richtiger Anwendung von DFAM erreichen additiv gefertigte Gitterteile häufig die Qualität von traditionell gefertigten Komponenten oder übertreffen diese und eröffnen so neue Möglichkeiten, die zuvor unerreichbar waren.

SyBridge:Innovationen in der Gitterherstellung vorantreiben

Die Schaffung effektiver Gitterstrukturen erfordert klare Vorabanforderungen, eine an den Leistungszielen ausgerichtete Materialauswahl und eine sorgfältige architektonische Gestaltung. Indem Sie mit dem richtigen Dämpfungsmaterial beginnen, maximieren Sie die Energiedissipation und Stoßabsorption eines Teils.

SyBridge kombiniert modernste Technologien mit bewährten Methoden, um jede Phase der Fertigung zu verbessern. Wir arbeiten mit Kunden zusammen, um Designs hinsichtlich Leistung und Herstellbarkeit zu optimieren und qualitativ hochwertige Komponenten pünktlich und innerhalb des Budgets zu liefern. Kontaktieren Sie uns Entdecken Sie noch heute, wie wir Sie bei Ihrem nächsten Projekt unterstützen können.