Pencetakan 3D memiliki banyak keuntungan, kemampuan untuk menghasilkan bagian struktural yang kompleks dengan konsep yang tidak konvensional adalah fitur terbesarnya, yang dapat sangat mengurangi penerapan bahan dan mengurangi berat bagian sambil memastikan kekuatannya. Desain struktural bagian-bagian memainkan peran penting dalam memberikan permainan penuh pada keuntungan pencetakan 3D, yang mengharuskan kita untuk mematahkan konsep desain tradisional dan memberikan permainan penuh pada imajinasi dan kreativitas kita.
Beberapa ide desain bagian pencetakan 3D direkomendasikan.
1. Untuk tujuan ringan
Persyaratan desain yang ringan memerlukan optimasi topologi bagian dalam struktur. Keuntungan dari optimasi topologi adalah tetap dapat memenuhi persyaratan desain suku cadang yang ringan sekaligus mengurangi jumlah material. Pencetakan 3D adalah metode persiapan yang paling nyaman untuk optimasi topologi desain struktural yang kompleks. Ini sangat penting di bidang kedirgantaraan dan secara signifikan dapat mengurangi berat pesawat. Mengambil braket rem kecepatan sebagai contoh, berat braket paduan titanium yang diproduksi oleh teknologi tradisional adalah 430,3g, dan beratnya berkurang 22 persen setelah desain optimasi struktural.
Saat ini, struktur ringan yang umum digunakan adalah sebagai berikut:
●Struktur rangka rangka/kaku
Struktur rangka kaku terdiri dari beberapa batang tipis yang dihubungkan oleh beberapa simpul. Itu dapat memenuhi persyaratan kekuatan fisik, stabilitas gaya, dan keseimbangan diri yang diperlukan sambil menghemat bahan dan mewujudkan persyaratan pencetakan.
Struktur rangka terbuat dari paduan Al melalui pencetakan 3D. Bobot keseluruhannya 35 persen lebih ringan daripada manufaktur tradisional, dan kekakuannya meningkat 40 persen . Selain itu, ada struktur kaku-kulit yang berasal dari struktur rangka, yaitu, permukaan luar adalah struktur berdinding tipis dan bagian dalam adalah bagian berengsel. Struktur ini dapat diwujudkan dalam bentuk batang penopang berdinding tipis dan berengsel dalam teknologi pencetakan 3D.
●Struktur sandwich kisi
Karakteristik struktur sandwich lattice dalam proses pengurangan berat adalah untuk mengoptimalkan struktur dan pada saat yang sama memastikan kekuatan material yang cukup. Dalam industri dirgantara, struktur sandwich kisi sering digunakan untuk membuat berbagai panel dinding.
Bahan dari sistem pelumasan aero-engine adalah pemisah minyak dan gas Ti-6Al-4V. Prinsip kerjanya adalah memisahkan gas dalam pengembalian minyak. Porositas struktur grid ini setinggi 95 persen , dan densitasnya dikurangi menjadi 0.5g/cm2 sehingga ketika campuran minyak dan gas melewati, tetesan minyak kecil teradsorpsi dalam pemisah. Rolls-Royce menggunakan struktur ini untuk mencapai efisiensi pemisahan minyak dan gas setinggi 99 persen .
Masalah dengan struktur ini adalah bubuk logam yang tidak meleleh menempel pada rangka dan sulit dihilangkan selama proses pembuatan.
●Struktur berongga
Struktur berongga adalah cangkang berlubang di dalam dinding tipis atau struktur penyangga sederhana ditambahkan di dalamnya. Kerugian dari struktur ini adalah membutuhkan dukungan internal, dan dukungan sulit atau tidak mungkin untuk dihilangkan.
2. Untuk tujuan biokompatibilitas
Struktur berpori dan seluler dalam implan medis memerlukan struktur lubang tembus yang memfasilitasi pertumbuhan tulang dan migrasi sel. Pada saat yang sama, untuk menghindari fenomena "pelindung tegangan" yang disebabkan oleh modulus elastisitas logam yang tinggi, sifat mekanik implan dijamin sesuai dengan struktur tulang asli. Perlu merancang dan membuat struktur berpori/struktur sel yang unik dari pencetakan 3D, dan menyelesaikan proses pencetakan setelah merancang jenis, ukuran pori, ketebalan dinding pori, dan porositas sesuai dengan kebutuhan.
●Struktur berpori/struktur sel
Makalah "Penerapan Teknologi Powder Bed Fusion dalam Fabrikasi Implan Medis" memperkenalkan empat jenis struktur berpori/unit struktur sel, yang serupa strukturnya dengan struktur sandwich kisi untuk mencapai persyaratan yang ringan. Tetapi tujuannya berbeda, tujuannya adalah untuk memastikan bahwa implan biologis yang terdiri dari unit struktural memiliki biokompatibilitas yang baik. Telah dibuktikan oleh eksperimen biologis bahwa implan struktural ini memiliki biokompatibilitas yang baik, dan sejumlah besar jaringan tulang tumbuh ke dalam struktur pori.
3. Struktur kompleks lainnya
●Struktur pipa berbentuk ruang khusus
Proses manufaktur tradisional dari pipa ruang berbentuk khusus adalah pencetakan injeksi, pengecoran, dll. Selain biaya produksi yang tinggi dan siklus produksi yang panjang, proses tradisional sulit untuk berhasil mempersiapkan kurva spline kompleks yang diperlukan untuk pipa. Teknologi pendinginan konformal menggabungkan pembuatan cetakan dengan pencetakan 3D untuk memecahkan cara membentuk pipa ruang angkasa yang rumit.
●Struktur kompleks terintegrasi
Struktur kompleks yang terintegrasi dibagi lagi menjadi mekanisme statis dan mekanisme dinamis. Di antara mereka, desain mekanisme statis yang paling terkenal adalah injektor bahan bakar GE. Karakteristik mekanisme integrasi dinamis adalah bebas dari perakitan dan dapat mewujudkan koneksi dinamis. Komponen mekanis tradisional perlu mencetak setiap bagian selangkah demi selangkah dan kemudian merakit satu bagian. Pencetakan 3D dapat menghemat langkah perakitan dan langsung mendapatkan mekanisme keseluruhan bebas perakitan. Perwakilan khas - sambungan universal.
●Struktur permukaan bentuk bebas ruang
Struktur bentuk bebas sulit atau tidak mungkin dikerjakan dengan mesin menggunakan metode tradisional.
Misalnya, bilah mesin adalah perwakilan khas dari permukaan berdinding tipis dan bentuk bebas yang kompleks. Blade yang disiapkan dengan metode pengecoran tradisional dan teknik pemesinan CNC memiliki kelemahan yaitu kualitas permukaan yang buruk dan efisiensi pemrosesan yang rendah. Teknologi manufaktur aditif menyediakan kondisi teknis untuk pembuatan bilah dengan akurasi geometris yang tinggi dan kualitas permukaan yang baik. Selain itu, struktur sandwich kisi dapat dikombinasikan dengan struktur permukaan bentuk bebas untuk mencapai tujuan permukaan kompleks yang ringan.