22 września 2019


O zaletach technologii przyrostowych nie trzeba dziś nikogo przekonywać. Dostępność drukarek 3D na światowym oraz polskim rynku jest ogromna. Skutkuje to coraz szerszym spektrum zastosowań tej technologii przyrostowej. Oprócz tego, że prawie każda gałąź przemysłu wykorzystuje dziś, w mniejszym lub większym stopniu, druk 3D, to zmienia się również przeznaczenie produkowanych elementów. Służą one nie tylko jako szybko i relatywnie tanio wytworzone prototypy, ale również jako finalny produkt. Z racji tego, coraz większe zastosowanie mają dziś rozwiązania, których użycie wcześniej było niemożliwe, z uwagi na ograniczenia konwencjonalnych technik wytwarzania. Jednym z takich rozwiązań są struktury lattice.

Michał Krzysztoporski

W języku polskim nie istnieje odpowiednik tej angielskiej nazwy. W literaturze można spotkać się z określeniami: struktury ażurowe, kratownice przestrzenne, struktury siatkowe. Z racji wygody i jednoznaczności w niniejszym artykule pozostawimy nazwę angielską. Strukturę lattice zdefiniować można jako sieć połączonych ze sobą komórek elementarnych, składających się z prętów połączonych w węzłach, tworzących strukturę przestrzenną. Przykładowa struktura została pokazana na rysunku 1.

Struktury lattice
Rys. 1 Przykładowa struktura lattice

Struktury lattice są zaliczane do grupy materiałów porowatych, do której należą m.in.: drewno czy korek. To właśnie w naturze można odnaleźć genezę zainteresowania tego typu strukturami. Obserwując budowę roślin, czy kości, możemy zauważyć, że zewnętrzna lita skorupa wypełniona jest porowatą strukturą zwiększającą sztywność, przy zachowaniu niskiej masy. Dodatkowo, często dostosowuje się ona do obciążenia występującego w danym regionie. Cechy te stały się inspiracją do odwzorowania tej struktury w konstrukcjach tworzonych przez człowieka. Jej końcowe własności zależą od trzech czynników: materiału użytego do wytworzenia struktury, typu komórki elementarnej oraz relatywnej gęstości. Istnieje wiele opracowań naukowych, w których opisane są komórki elementarne, mogące mieć zastosowanie w strukturach lattice. Przede wszystkim wyróżnia się struktury zdominowane przez zginanie oraz rozciąganie. Te pierwsze charakteryzują się wysoką absorpcją energii, a należą do niej m.in: struktury stochastyczne, których komórki elementarne rozłożone są losowo w przestrzeni, ale także regularne czternastościenne. Struktury zdominowane przez rozciąganie charakteryzują się natomiast wysoką sztywnością, przy zachowaniu niskiej masy, a zaliczają się do nich głównie struktury regularne, np.: sześcienne, czy tetraedryczne (czworościenne). Ostatnim czynnikiem wpływającym na własności struktury jest jej relatywna gęstość, czyli stosunek objętości wykorzystanego materiału do pierwotnej objętości litej bryły.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (141) czerwiec 2019