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創(chuàng)變的時代,，每個行業(yè)都在日新月異的革新中,，3D打印也不例外,！其不僅在技術(shù)上升級迭代，更是在產(chǎn)品功能和應(yīng)用的多樣化中不斷創(chuàng)新,，尋求更多“出圈”的可能,，而事實(shí)上，3D打印已經(jīng)做到了,！

晶格作為3D打印輕量化設(shè)計的重要手段,，雖然它的復(fù)雜性和微妙性對設(shè)計和制造帶來不小挑戰(zhàn)，但其對可制造空間擴(kuò)展的價值是被證明了的：一方面它讓產(chǎn)品極具幾何美感以及科幻感,，另一方面也因?yàn)?D打印晶格結(jié)構(gòu)的特性,，產(chǎn)品會具有輕盈、富有彈性等特點(diǎn),。

△3D打印的不同晶格構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

探秘晶格

晶格是由節(jié)點(diǎn)和梁或支柱組合的網(wǎng)絡(luò)組成的二維或三維微體系結(jié)構(gòu),。簡單地說,，它就是3D打印物件最常見的一種鏤空的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并不是隨機(jī)堆砌出來的,，而是結(jié)合晶體學(xué)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,，所以這種鏤空的結(jié)構(gòu)在專業(yè)上被叫做晶格。

在業(yè)內(nèi),，晶格結(jié)構(gòu)被定義為包含在3D空間中重復(fù)對齊的互連支柱或板陣列的復(fù)雜架構(gòu),。它是指某種結(jié)構(gòu)的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結(jié)構(gòu)，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構(gòu),、均勻異構(gòu),、非均勻同構(gòu)和非均勻異構(gòu)四種。

 △3D打印的氧化物陶瓷晶格構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

別具一“格”

晶格具有許多吸引人的特質(zhì),，而這些特質(zhì)只能通過3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的形成和使用來闡述,。晶格結(jié)構(gòu)用途如下：

·減少材料使用和成本。晶格設(shè)計可以通過去除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來減少材料浪費(fèi),。比如在航空航天工業(yè)中,，晶格結(jié)構(gòu)的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用，在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下,，大大節(jié)省成本,。

·輕量化。通過晶格技術(shù),，可以將晶格參數(shù)精確調(diào)整到零件上的物理負(fù)載,，將零件的整體質(zhì)量減少90％或更多。在許多應(yīng)用中,，零件或組件的最終重量,，通常越輕越好,。

·改進(jìn)的強(qiáng)度重量比。晶格結(jié)構(gòu)具有高比剛度和比強(qiáng)度的特點(diǎn),，雖然它會降低零件的整體強(qiáng)度,，但減輕重量可以改善強(qiáng)度重量比。這對需要推重比最大化的汽車和航空航天領(lǐng)域具有非常重要的意義,。

△3D打印的金屬晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·高表面積,。一些應(yīng)用側(cè)重于最大化表面積，而不是機(jī)械強(qiáng)度,。利用晶格技術(shù),，可以提供更多曲面，大量釋放表面積,，而不會增加其總體占地面積,，這對于促進(jìn)熱交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品而言是一個關(guān)鍵優(yōu)勢。

·出色的減震和沖擊保護(hù),。晶格結(jié)構(gòu)在消散震力和沖擊載荷方面非常有效,，因?yàn)閱卧Y(jié)構(gòu)有助于整個結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少沖擊應(yīng)力,，也可以用作犧牲特性以保護(hù)產(chǎn)品的關(guān)鍵組件免受意外跌落等動態(tài)事件的影響,。

·理想的生物相容。在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu),，令構(gòu)造物具有接近周圍骨組織的機(jī)械性能,，讓植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合,，以促進(jìn)骨生長,。

釋放無限潛能

晶格結(jié)構(gòu)是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)?；谄鋸?fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài),，使用水射流切割、鑄造,、化學(xué)鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造,，耗時、昂貴,，并且無法達(dá)到高分辨率,，而采用3D打印的數(shù)字化制造方式，可實(shí)現(xiàn)以較低的成本和時間制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀,，這一顯著的優(yōu)勢讓其成為理想的零件成形方式,，并讓其收獲了各行業(yè)無數(shù)用戶的擁躉。目前,，除了在消費(fèi)品,、體育用品,、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)向著多個行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用進(jìn)行著持續(xù)性的推廣和研究：

·再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，骨組織支架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的晶格,，其規(guī)則的孔洞能夠在促進(jìn)組織生長的同時提供結(jié)構(gòu)性支撐，其晶格成型難的問題可以通過采用3D打印技術(shù)得到解決,。

△3D打印的生物陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·汽車設(shè)計領(lǐng)域的多孔或者蜂窩狀吸能盒可以有效提高汽車的安全性能,，其具備優(yōu)異力學(xué)性的結(jié)構(gòu)面臨著成型成本高昂的問題，但可以使用先進(jìn)的3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化解決,。

·航空領(lǐng)域所需要的機(jī)翼夾層結(jié)構(gòu)中的晶格設(shè)計同樣具備很高的強(qiáng)重比優(yōu)勢,，其成型工藝同樣可以運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行。同時,，超輕型陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的開發(fā)也將解決深空探測器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計,，實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能集成。

△3D打印的特種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

由此看來,，3D打印技術(shù)可以在各個制造領(lǐng)域復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和制造中,，值得應(yīng)用和推廣。

再塑競爭王者

總體來說,，3D打印技術(shù)的最大價值之一在于能成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu),，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新成為3D打印技術(shù)深化應(yīng)用的核心。但目前,，在結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝的結(jié)合方面仍具有局限性,，晶格結(jié)構(gòu)能否與打印路徑匹配，晶格結(jié)構(gòu)的打印效率如何以及在晶格單元胞結(jié)構(gòu)的開發(fā)與創(chuàng)新,、單元胞結(jié)構(gòu)的性能研究方面仍有待探索,。

同時目前市面上大多數(shù)的晶格設(shè)計軟件也幾乎都有局限性，比如晶格種類過少,、生成的晶胞質(zhì)量本身有問題,、效果不理想，另外軟件操作門檻較高等,，種種弊端讓晶格的設(shè)計與應(yīng)用非常不友好,。

作為國內(nèi)最早從事金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)研究的團(tuán)隊(duì)之一，升華三維一直面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無法制造的難題,，積極貫通從3D打印裝備,、3D打印材料到操作軟件的全流程全配套的高附加值服務(wù)?；谏A三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法,，可根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求進(jìn)行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計與填充制造，快速落地應(yīng)用。

△多孔陶瓷構(gòu)件應(yīng)用案例（來源：升華三維）

未來，隨著先進(jìn)制造工藝的快速發(fā)展,，超材料的晶格結(jié)構(gòu)的制造成為可能,。升華三維將深化對特種金屬、特種陶瓷與其他先進(jìn)材料的開發(fā)與研究,，加強(qiáng)對大尺寸,、高性能、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)層的設(shè)計與制造能力,，實(shí)現(xiàn)對層內(nèi)各種穿插,、交織、多孔等三維結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度,、剛度,、韌性、耐久性等多性能的完美平衡,，為客戶提供理想的產(chǎn)品,。相信，未來還會有更多晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在更多領(lǐng)域中,，讓我們不斷在改進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能設(shè)計中,，贏得更廣闊的應(yīng)用市場，積蓄勢能,，爭做王者,！