ESTRUCTURAS ALIGERADAS DE TIPO LATTICE EN FABRICACIÓN ADITIVA

Dic 13, 2017 | Tecnologías

Esta entrada del post se va a dedicar a las famosas estructuras lattices, de tanto uso en la impresión 3D actualmente.

Este tipo de estructuras surgen de la necesidad de realizar productos más eficientes que aguanten las cargas a las que se le solicita en las direcciones optimas o que aporten propiedades particulares que una estructura maciza no es capaz. Estructuras de tipo repetitivo  las encontramos en la naturaleza en muchos ejemplos, así los huesos por ejemplo están compuestos por una zona exterior maciza y una zona interior de tipo espuma que los hacen más ligeros y resistentes, la madera está compuesta por un núcleo y unas fibras que se orientan en la dirección adecuada o las abejas construyen su panel con una forma hexagonal característica.

A lo largo de la historia el hombre ha copiado los diseños de la naturaleza creando composites, honeycombs para aligerar piezas, o foams que permitan núcleos muy ligeros y estructuras de barras repetitivas formando un redes tridimensional.

Actualmente, gracias a la impresión 3D, se está produciendo una proliferación de piezas con aplicaciones concretas que se ven beneficiadas por el uso de estas estructuras repetitivas tipo lattice; estas piezas se suelen caracterizar por una gran cantidad de detalles muy pequeños difícilmente reproducibles por técnicas de fabricación tradicionales y que gracias a la fabricación aditiva se hacen cada vez más factibles.

Los tipos de estructuras lattice más empleadas en fabricación aditiva son las de barras repetitivas. Se forman por la repetición en tres dimensiones de una celdilla unitaria que tiene una configuración de barras determinada.

| Imagen via Altair Enlight

Los tipos de estructuras lattice más empleadas en fabricación aditiva son las de barras repetitivas. Se forman por la repetición en tres dimensiones de una celdilla unitaria que tiene una configuración de barras determinada.

Las propiedades por tanto de estas estructuras dependerán de cómo se posicionan estas barras en la celdilla unidad, del tamaño de esta celdilla unitaria y de la fracción volumétrica que ocupe respecto al material macizo que definirá además su peso final.

| Ejemplo de estructuras de celdilla unitaria. Fuente EDDM

Además de las estructuras de barras típicas existen muchas otras entre las que cabe destacar los giroides, estructuras triplemente periódicas que prometen unas propiedades resistentes elevadas.

| Giroide. Foto de EDDM

| Comparativa de peso entre una válvula estándar y una aligerada mediante estructuras lattice. Fuente

| Alabe de un rotor aligerado mediante estructuras de tipo foam. Fuente

Propiedades de las estructuras lattice

Las estructuras de tipo periódico poseen además de un menor peso unas propiedades inherentes que las hacen muy adecuadas para diversos usos:

  • Aislante térmico

Debido a la fracción de aire que dejan este tipo de estructuras las piezas funcionan muy bien como aislantes térmicos.

| Tubo de escape de helicoptero. Fuente

  • Intercambiadores de calor

Al hacer circular un fluido a través de este tipo de estructuras su elevada superficie específica extrae calor del fluido de una manera más eficiente

| Intercambiador de calor con estructuras lattice. Fuente Renishaw.

  • Absorción de energía.
  • Este tipo de estructuras son muy eficientes a la hora de absorber impactos y vibraciones lo que las hace óptimas para estructuras de protección como escudos o para mitigar efectos de resonancias.

| Suela de zapatilla diseñada por Carbon 3D y Adidas. Fuente Carbon 3D

| Escudo protector frente a impacto y absorción de vibraciones. Fuente

  • Bio compatibilidad

Su características de porosidad resultan óptimas para adaptarse a tejidos humanos como los huesos, haciéndolas óptimas para implantes.

El uso de la impresión 3D en las aplicaciones médicas está teniendo un desarrollo muy importante en la actualidad.

|Bio compatibilidad en estructuras lattice. Fuente EOS.

El diseño de este tipo de estructuras resulta complejo desde el punto de vista CAD ya que requiere de gran repetición de elementos y adaptación de estas estructuras a superficies complejas por lo que se necesita gran capacidad computacional y experiencia de diseño CAD. Como alternativa se puede recurrir a software CAD / CAM que automatizan el proceso pero que como contrapartida resultan en una pérdida del control de diseño.

|CAD vs CAM.  Imagen de EDDM Solutions

Desde el punto de vista de fabricación las estructuras lattice también presentan ciertas particularidades que hay que tener en cuenta. Así, para tecnologías como FDM, SLA y SLM habrá que poner atención a la creación de soportes ya que serán difíciles de eliminar. Para las tecnologías que emplean laser, SLS y SLM, el aligerar una zona maciza hace que las tensiones térmicas también se reduzcan y sea más favorable la fabricación sin embrago para lattice muy pequeños puede ser difícil retirar todo el polvo que no sea pieza.

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