2021 年 02 月 20 日
国立台湾科技大学的研究人员已使用融合沉积建模（FDM）3D打印了新的晶格结构，该结构不需要任何支撑结构。贝壳形的晶格结构基于海胆的形态，该海胆具有机械稳定性和承重能力。研究人员旨在在其印刷的格子结构中模拟这些属性，从而消除对支撑结构的需求，以减少了印刷过程以及后续后处理步骤所需的材料，能量和时间。
海胆风格的格子经设计具有特定的刚度和能量吸收特性，并可能在最终用途的消费产品（例如低成本鞋中底和滑雪靴）中具有潜在应用。研究人员称，这些格子还可以以轮胎和汽车防撞盒的形式，或者实际上是“任何其他吸收能量”的结构，部署在汽车领域。
所提出的晶格由实心支柱的互连网络组成，这些实心支柱形成基本的构建块，然后可以以周期性结构细分。该结构基于受海胆圆顶启发的蜂窝设计，该材料经济实用，能够有效地将压缩应力从圆顶表面转移到其边缘。这使结构更坚固，更稳定，并且以前已在建筑设计中使用。
用TPU灯丝在Flashforge Beaver 3和Ultimaker FDM 3D打印机上打印出几种格子形式，单位格子尺寸为8x8x8mm。然后将单位晶格细分为直径38mm，厚度16mm的圆柱体。
格结构的印刷完成后，不需要任何后处理步骤，并且可以开始测试晶格的机械性能。在（a）无支撑格子结构，（b）BCC格子结构和（c）EVA泡沫材料上执行装卸测试。图片来自3D打印和增材制造/ Mary Ann Liebert。
评估晶格结构
研究人员发现，他们的3D打印无支撑格子结构可以提高FDM 3D打印过程中用于定制零件的整体速度，而格子本身为制造具有广泛体积，密度的零件提供了“巨大潜力”和大小。
目视检查3D打印的格子时，发现结构内无瑕疵或破裂，证明可以为最终用途产品（例如中底和轮胎）制造无支撑格子结构。该结构还表现出在循环载荷下几乎恒定的能量返回。
据研究人员称，就能量吸收和刚度而言，它们的结构明显优于基准的体心立方（BCC）晶格和乙烯醋酸乙烯酯（EVA）泡沫。另外，无支撑格子的印刷比用支撑印刷的时间少三小时，并且在大约11小时的后处理时间去除了。印刷格子的成本也比用支撑件印刷的同类结构低三倍。