創(chuàng)變的時代，每個行業(yè)都在日新月異的革新中，3D打印也不例外！其不僅在技術(shù)上升級迭代，更是在產(chǎn)品功能和應(yīng)用的多樣化中不斷創(chuàng)新，尋求更多“出圈”的可能，而事實上，3D打印已經(jīng)做到了！

晶格作為3D打印輕量化設(shè)計的重要手段，雖然它的復(fù)雜性和微妙性對設(shè)計和制造帶來不小挑戰(zhàn)，但其對可制造空間擴(kuò)展的價值是被證明了的：一方面它讓產(chǎn)品極具幾何美感以及科幻感，另一方面也因為3D打印晶格結(jié)構(gòu)的特性，產(chǎn)品會具有輕盈、富有彈性等特點。

△3D打印的不同晶格構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

探秘晶格

晶格是由節(jié)點和梁或支柱組合的網(wǎng)絡(luò)組成的二維或三維微體系結(jié)構(gòu)。簡單地說，它就是3D打印物件最常見的一種鏤空的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并不是隨機堆砌出來的，而是結(jié)合晶體學(xué)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，所以這種鏤空的結(jié)構(gòu)在專業(yè)上被叫做晶格。

在業(yè)內(nèi)，晶格結(jié)構(gòu)被定義為包含在3D空間中重復(fù)對齊的互連支柱或板陣列的復(fù)雜架構(gòu)。它是指某種結(jié)構(gòu)的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結(jié)構(gòu)，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構(gòu)、均勻異構(gòu)、非均勻同構(gòu)和非均勻異構(gòu)四種。

 △3D打印的氧化物陶瓷晶格構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

別具一“格”

晶格具有許多吸引人的特質(zhì)，而這些特質(zhì)只能通過3D打印中晶格結(jié)構(gòu)的形成和使用來闡述。晶格結(jié)構(gòu)用途如下：

·減少材料使用和成本。晶格設(shè)計可以通過去除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來減少材料浪費。比如在航空航天工業(yè)中，晶格結(jié)構(gòu)的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用，在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下，大大節(jié)省成本。

·輕量化。通過晶格技術(shù)，可以將晶格參數(shù)精確調(diào)整到零件上的物理負(fù)載，將零件的整體質(zhì)量減少90％或更多。在許多應(yīng)用中，零件或組件的最終重量，通常越輕越好。

·改進(jìn)的強度重量比。晶格結(jié)構(gòu)具有高比剛度和比強度的特點，雖然它會降低零件的整體強度，但減輕重量可以改善強度重量比。這對需要推重比最大化的汽車和航空航天領(lǐng)域具有非常重要的意義。

△3D打印的金屬晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·高表面積。一些應(yīng)用側(cè)重于最大化表面積，而不是機械強度。利用晶格技術(shù)，可以提供更多曲面，大量釋放表面積，而不會增加其總體占地面積，這對于促進(jìn)熱交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品而言是一個關(guān)鍵優(yōu)勢。

·出色的減震和沖擊保護(hù)。晶格結(jié)構(gòu)在消散震力和沖擊載荷方面非常有效，因為單元結(jié)構(gòu)有助于整個結(jié)構(gòu)的彎曲和能量分配。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少沖擊應(yīng)力，也可以用作犧牲特性以保護(hù)產(chǎn)品的關(guān)鍵組件免受意外跌落等動態(tài)事件的影響。

·理想的生物相容。在醫(yī)用植入物中創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)，令構(gòu)造物具有接近周圍骨組織的機械性能，讓植入物與患者自身的骨骼結(jié)構(gòu)形成更牢固的結(jié)合，以促進(jìn)骨生長。

釋放無限潛能

晶格結(jié)構(gòu)是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)�；�于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使用水射流切割、鑄造、化學(xué)鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造，耗時、昂貴，并且無法達(dá)到高分辨率，而采用3D打印的數(shù)字化制造方式，可實現(xiàn)以較低的成本和時間制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀，這一顯著的優(yōu)勢讓其成為理想的零件成形方式，并讓其收獲了各行業(yè)無數(shù)用戶的擁躉。目前，除了在消費品、體育用品、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)向著多個行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用進(jìn)行著持續(xù)性的推廣和研究：

·再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，骨組織支架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的晶格，其規(guī)則的孔洞能夠在促進(jìn)組織生長的同時提供結(jié)構(gòu)性支撐，其晶格成型難的問題可以通過采用3D打印技術(shù)得到解決。

△3D打印的生物陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

·汽車設(shè)計領(lǐng)域的多孔或者蜂窩狀吸能盒可以有效提高汽車的安全性能，其具備優(yōu)異力學(xué)性的結(jié)構(gòu)面臨著成型成本高昂的問題，但可以使用先進(jìn)的3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化解決。

·航空領(lǐng)域所需要的機翼夾層結(jié)構(gòu)中的晶格設(shè)計同樣具備很高的強重比優(yōu)勢，其成型工藝同樣可以運用3D打印技術(shù)進(jìn)行。同時，超輕型陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的開發(fā)也將解決深空探測器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，實現(xiàn)極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能集成。

△3D打印的特種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)件（樣品來源：升華三維）

由此看來，3D打印技術(shù)可以在各個制造領(lǐng)域復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和制造中，值得應(yīng)用和推廣。

再塑競爭王者

總體來說，3D打印技術(shù)的最大價值之一在于能成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新成為3D打印技術(shù)深化應(yīng)用的核心。但目前，在結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝的結(jié)合方面仍具有局限性，晶格結(jié)構(gòu)能否與打印路徑匹配，晶格結(jié)構(gòu)的打印效率如何以及在晶格單元胞結(jié)構(gòu)的開發(fā)與創(chuàng)新、單元胞結(jié)構(gòu)的性能研究方面仍有待探索。

同時目前市面上大多數(shù)的晶格設(shè)計軟件也幾乎都有局限性，比如晶格種類過少、生成的晶胞質(zhì)量本身有問題、效果不理想，另外軟件操作門檻較高等，種種弊端讓晶格的設(shè)計與應(yīng)用非常不友好。

作為國內(nèi)最早從事金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)研究的團(tuán)隊之一，升華三維一直面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無法制造的難題，積極貫通從3D打印裝備、3D打印材料到操作軟件的全流程全配套的高附加值服務(wù)�；�于升華三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法，可根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求進(jìn)行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計與填充制造，快速落地應(yīng)用。

△多孔陶瓷構(gòu)件應(yīng)用案例（來源：升華三維）

未來，隨著先進(jìn)制造工藝的快速發(fā)展，超材料的晶格結(jié)構(gòu)的制造成為可能。升華三維將深化對特種金屬、特種陶瓷與其他先進(jìn)材料的開發(fā)與研究，加強對大尺寸、高性能、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)層的設(shè)計與制造能力，實現(xiàn)對層內(nèi)各種穿插、交織、多孔等三維結(jié)構(gòu)達(dá)到強度、剛度、韌性、耐久性等多性能的完美平衡，為客戶提供理想的產(chǎn)品。相信，未來還會有更多晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在更多領(lǐng)域中，讓我們不斷在改進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能設(shè)計中，贏得更廣闊的應(yīng)用市場，積蓄勢能，爭做王者！