3D 打印晶格结构设计终极指南：部件轻量化、功能化的绝佳选择

3D 打印中的晶格结构是一种强大的设计工具。精心设计的晶格结构可以使零件更轻、更坚固，更有效地吸收冲击力，并更好地根据最终用途进行定制。了解如何使用和创建这些结构是 3D 打印原型和生产部件的产品工程和工业设计的重要组成部分。

△设计成晶格结构的3D打印头盔（来源： Carbon 3D）

晶格结构实际是3D打印填充模式的一种特殊应用，但大多数非专业设计师都没有充分将其作用充分发挥出来。如今，先进的增材制造设计软件在自动生成各种晶格结构方面有着巨大优势，这为晶格结构应用于运动设备、火箭推进器以及医疗植入物等领域奠定了良好的基础。

△由于晶格结构壁设计，这种单件式火箭推进发动机的 3D 打印重量更轻（来源：SLM Solutions）

在本期文章中，南极熊对使用晶格结构设计零件的基本要点进行了逐一介绍，包括晶格结构的优势、不同类型的晶格、如何使用它们以及何时使用，并展示了世界各地的设计师和工程师如何使用晶格来创造性能极佳的创新产品：从 Adidas 跑鞋和 Specialized 自行车座垫到工业散热器和矫形膝关节植入物。最后，介绍了将晶格结构应用到设计中所需的顶级软件。

要点 1. 为什么要使用晶格结构

△Aidro3D 打印的具有晶格内部结构的热交换器—— Toucan Beak（来源：Aidro）

晶格具有一些独特的特性，在设计零件或产品时具有很大的优势，而传统制造方法几乎无法复制这些特性，例如：

减少材料使用

在您的设计中使用晶格可以通过移除非关键区域的大部分材料来显著减少材料的使用量。如果目标零件是使用基于粉末或树脂的 3D 打印工艺制造的，则可以节省大量成本。

△尽管大小相同，但右侧的晶格结构的表面积比左侧的圆柱体大 4 倍，重量轻 4 倍（来源：Printpool）

轻量化

减少材料使用还有另一个好处——减轻重量。在许多应用中，零件或组件的最终组装质量是一个严格约束的目标，通常越轻越好。根据所选的晶格类型，重量减轻效果可能非常显著，这具有许多优势，从减少汽车应用中的燃料使用到缩短医疗案例中的患者恢复时间。

吸收能量

晶格结构具有许多有利于吸收能量的特性。通过改变不同区域的密度甚至细胞类型，可以进行设计以有效地吸收不同方向的能量。与广泛产品中使用的标准泡沫相比，复杂的晶格结构可以在多个方向重新定向和更好地分配能量以吸收冲击力，同时利用现代增材制造树脂的各种特性。

△CCM SuperTacks X 是世界上第一个 3D 打印曲棍球头盔内饰，用Carbon 3D 的 NEST Tech 晶格取代传统的通用泡沫衬垫以增强保护（来源：Carbon 3D）

增加表面积

晶格的表面积比相同大小的实体组件的表面积大许多倍。这对于涉及依赖高表面积实现其功能的热交换或化学催化的应用非常有用。

美观

除了晶格的许多技术优势外，很难忽视它们具有独特而美丽的美感。越来越多的产品设计师选择将晶格元素融入消费产品设计中，仅仅是为了外观。

要点 2. 晶格结构类型

△Carbon的 Design Engine 晶格生成软件中使用的晶格类型（来源：Carbon）

关于晶格类型的定义，Anton du Plessis等人对此做出了系统地论述，相关研究以题为“Properties and applications of additively manufactured metalliccellular materials: A review”的论文被发表在《Progress inMaterials Science》期刊上。