格结构是那些几何形状组合在一起，为工程目的创造可重复的图案。晶格的概念已经存在很长一段时间了。你可以在建筑物和桥梁上看到这些重复的图案。对于设计工程师来说，晶格可以传递物体特定的机械性能，通常以刚度质量比的形式呈现。
晶格结构并没有被尽可能多地使用，因为在3D打印/增材制造发展之前，不存在能够轻松生产晶格结构的制造方法。当涉及到生产这些形状时，注射成型和机械加工往往成本令人望而却步。
如今，3D打印可以很容易地在头盔、马鞍、鞋子、鼻拭子和其他设计中创建格子结构。例如，格子正在研究用于软机器人和了解肺部气道的工作原理。
添加剂公司碳最近发布了一个名为design Engine的格子设计生成器，它可以自动创建共形的单区域格子。Hardik Kabaria，碳工程总监，讨论了晶格结构的重要性。
Hardik在Carbon公司领导计算设计软件的开发。他毕业于斯坦福大学机械工程专业，专注于3D打印视角下的机械分析设计。他被认为是计算几何方面的领先工程研究员，因为它与3D设计有关。他是一名网格设计专家，在斯坦福大学获得博士学位，他的研究标志着3D通用网格的第一个发展，并打开了3D打印的大门。
以下是采访的要点。
Kabaria指出，在设计中使用格子“基本上可以显著地释放你的设计自由度”。
晶格可以由金属或聚合物材料制成。如果你使用碳设计引擎，你将与立体印刷和聚合物材料。
根据Kabaria的说法，碳数字光合成系统打开了更容易与晶格结构工作的大门。“我们发现的最初应用是在传统上使用泡沫的领域，并取得了成功。所以，如果你用泡沫做鞋子，头盔，马鞍，这些地方你可以用聚合晶格部件代替泡沫。
“它的基本优点是，你可以达到泡沫不容易达到的机械性能。但我们也发现了一些与泡沫替代品显著不同的领域。我想举的例子是COVID-19鼻腔拭子。
“很长一段时间以来，我一直在研究网格设计计算几何算法，专门用于这些类型的应用。我没有想到我们可以用格子设计的想法来制作COVID-19棉签。
“有更多的应用在那里，比我们这些生活和呼吸晶格的人所想象的要多。这就是为什么我们意识到，我们需要创建一个软件程序，让更多的机械工程师进入我们的生态系统。”
用格子做更多
格子通常是复杂的设计。你可以在一个设计中有成千上万个这样的几何结构。设计人员在使用格子时通常面临两个问题。传统的CAD工具不容易在一个设计中画出成百上千个这样的结构。其次，传统的制造方法，如注射成型或机械加工，成本太高，无法用于模具或切割那么多的几何形状。
卡巴利亚说:“所以，在设计软件方面和制造方面都有问题。“我们至少用增材制造和聚合物材料解决了制造方面的问题。所以，你可以打印和创建一个最终质量部分。但我们也意识到，这只是解决方案的一部分。我们开发了一种制造方法，但我们没有给你一种用这种制造方法制造出神奇零件的方法。所以，这就是为什么我们开始致力于设计引擎，让我们的客户能够创造出真正了不起的产品。最美妙的是，我们让客户能够将零件投入生产。”
该软件可用于机械和工业设计工程师，以及生产车间的制造技术人员，他们可能无法使用cad生产的网格所需的高计算能力。
设计技巧
增材制造原理的设计也需要在使用网格进行设计时。
确保你可以在选择的3D打印机或添加系统上制作结构。要考虑的一个问题是你的打印机是否有很好的良率?“因为最终，一些制造项目，几乎所有的项目，都是关于单位经济的。你只能有这么多失败的部分，对吧?”
确保晶格结构不是太小，聚集在一起，或紧密地聚集在一起。这样的设计将抑制树脂流动，这将减慢印刷过程。而且印刷速度慢会影响机组经济。
网格可能需要大量的内存来渲染、表示和传输到打印机....“每个阶段都有挑战。比如，我们的设计软件在AWS上运行。我们可以使用云基础设施和高性能计算来生成设计，但这只是第一步。然后，我们必须成功地将设计转移到打印机上，确保在这个过程中我们不会遇到任何问题，确保它是可切片的，我们将部分切片，并将其转换成图像或体素，这个过程必须是万无一失的，因为最初，你有一个简单的部分，但现在你有一个非常复杂的几何图形。”
在计算几何算法方面，在设计方面有挑战，要确保零件不仅仅是一个漂亮的渲染几何，而且它是你可以打印和在你的手中。
请记住，每台打印机都有一个分辨率，所以不要设计一个小于打印机分辨率或像素大小的晶格结构。
对于一些3D打印系统，材料可能是一个限制。每种材料都有其粘度。如果黏度很高，而栅格支柱之间的空间很小，那么树脂就不会流过。你只需要打印一些网格支柱，然后，那里就什么都没有了，或者它会变成一团树脂。
然后，需要考虑一些流程限制。例如，打印机移动的速度有多快?热会是一个问题吗?
“通常，我们担心三件事，硬件限制，材料特定的限制，以及过程的限制。我们试图在设计中考虑到这一点。”
晶格形状
有成千上万种有用的几何形状适合格。其中一个挑战是确定哪种结构适合项目。“我们想让这部分变得简单。如果你是一个机械工程师，你最重要的知识就是弄清楚你所寻找的机械响应，比如说一个马鞍，是否有正确的应力分布，所以你的坐骨处没有峰值压力。所以，作为马鞍行业的机械工程师，这是最重要的部分。客户关心的是机械响应，我们的软件会帮你找到晶格结构。
“虽然我们知道有成千上万种不同的晶格结构，但我们最初只推出了五种不同的结构。如果你在寻找一种类似于聚合物泡沫的反应，也就是我们所说的非线性反应，我们会给你一个晶格结构。
“如果你在寻找一种类似记忆泡沫的反应，这是一种不同的晶格结构....通常情况下，你要寻找的是非常线性的东西，这实际上是泡沫不容易实现的，但这是你真正在鞋子里得到的东西，我们有不同的晶格结构。
“我们的目标是实现定制制造。就像头盔的例子一样，每个人的头部形状都是不同的。
“你有一个部分，你想要填充晶格结构，你决定基于你想要的机械响应。我们希望这个过程是完美的，....因此，用户不必担心结构破裂可能导致零件失效。我们不希望用户派遣机械工程师去检查是否有损坏的结构或开放的结构，这是行不通的。这是无法规模化的。”
好处
在设计中更容易地包含晶格结构为新的应用打开了大门。如果客户知道一个设计选择实现了非线性泡沫状响应，但他们想要一个非常高原的应力与应变响应，这几乎是一个平坦的曲线，“我们为他们提供了一个机械响应波结构。我们称之为四面体单位细胞。他们可以选择，他们可以开始用几何图形填充它并开始测试它。我们的一个客户CCM的工程团队一直在使用这个工具，并且能够自己找到一个新的应用程序。
客户可以与Carbon工程师一起设计零件。然而，设计引擎允许客户在没有任何帮助的情况下进行设计。
“这是可能的，因为两件事。我们不需要教每个人哪种结构是最好的，用哪种模型。第二点是，你有一个零件，你选择结构，我们就能填充它，这样他们就能快速地把它扔到打印机上，打印，迭代，循环往复。
目前，设计引擎程序没有直接连接到CAD程序。“这并不是我们未来想要的那种顺畅的联系。今天，你用你的SolidWorks，或者CATIA，或者任何你喜欢的CAD设计工具，你可以从那里导出它，你想要的三角形网格中的格子部分。
然后你把它带到我们的工具中，它是基于浏览器的，所以你可以通过你电脑上的浏览器访问它。你上传。所有真正的计算都发生在我们的AWS云基础设施上，因此您并没有真正利用您拥有的计算能力，更重要的是，我们不受其限制。所以如果我们想做一些繁重的计算，我们可以在云上运行它，然后把它发送回你的浏览器。
“所以，我们的想法是，无论你想用格子设计做什么，我们都允许你在我们的工具库中，在我们的软件中做。”
例如创建不同的区域，在表面上创建“皮肤”，创建更舒适的纹理。任何与3D打印特定设计相关的东西，我们将在我们的工具库中构建它，但您仍然可以将它导出到SolidWorks中进行修订或版本控制。
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