What Is 3D Printing and How Does It Work? | Mashable Explains
來源： 3D科學谷
3D列印的一大優勢是靈活性，以及列印成本對產品的複雜性不敏感，這也是複雜的胞元結構，成為3D列印領域的一大熱門研究方向的主要原因。
就像建築用的空心磚，胞元的應用減少了材料的使用，有效幫助實現輕量化，而與此同時，如何保證仍然滿足力學性能的要求，則成為建模界「才下眉頭、卻上心頭」縈繞不散的要緊事。
本期，小編與大家一起來探求這些要緊事，究竟是從何而來，因何而起的。
力學的事兒，結構大作為
1 連續建模
當你把材料均勻的分散在每個結構點上，你可能會覺得，這些點陣上的材料特性也是一樣的。然而，忽略那些蜂窩結構中的連接支柱/節點部分的研究，將帶來錯誤的建模或者是列印過程。
那些各向異性是在建模過程中<就需要考慮的因素，而諸如表面粗糙度、局部結構，或尺寸公差這些問題，在小於1毫米厚的連接部位變得尤為突出，與此同時對加工技術的瞭解，變得尤為重要，通常情況下相同的幾何形狀，在不同的技術條件下，產生明顯不同的結果。
圖：蜂窩結構壓縮下彈性應變不均勻的地方
2 大小的影響
尺寸效應是顯著的，包括尺寸函數變化都是門高深的學問。 如何在蜂窩結構材料中實現精確、均勻和各向同性材料，不僅僅是個數學問題。
以彈性模量為例，這個屬性的提取，強烈地依賴於，參與實驗表徵過程中的胞元數量。
考慮到實驗工作的進行，改變多軸向和縱向胞元的分布，下圖的測試樣品由六邊形蜂窩組成。研究這些胞元的大小如何影響產品的性能，這是一個重大的挑戰，或者說這本身就可以成為一門學科，由此還延伸出另外一個問題，表徵胞元特性的正確樣本設計是什麼？
圖：壓力顯示結構與胞元數有很強的相關性
3 接觸效應
在壓力試驗中結構件頂部和底部的力學分布，與位於結構件中間的，可能是大不相同的，通過調整胞元的設計，可以達到更好的力學壓力分配。
圖：壓力分配情況
4 宏觀結構的影響
不僅僅微觀分布，對宏觀結構的力學性能帶來影響，另一方面，宏觀結構也會對微觀結構帶來影響，包括非常高的縱橫比，在宏觀變形包括宏觀層面上引起的彎曲，通常帶來胞元的力學性能的變化。
5 尺寸公差的影響
雖然所有的製造過程中，都允許一定程度的尺寸公差，但是這些尺寸誤差用在含胞元結構的產品上，可能帶來非常顯著的作用。在這裡，小編拿一個典型的工業3D列印過程來說，公差在75微米（0.003″）的蜂窩結構（特別是微格），往往帶來250-750微米的厚度公差。
這些被「放大」的錯誤使得設計和製造，都面臨著雙重的挑戰，而且還需要通過滲透到內部的測量手段，包括X射線掃描。不僅僅是昂貴的檢測方法，除了對建模的高要求，針對增材製造的高效仿真分析軟體，變得尤為重要。
圖：0.004″的尺寸公差帶來7%的厚度錯誤
6 細觀結構的影響
增材製造的分層列印特性引入了一系列的挑戰，拿激光粉末床融化過程舉例，懸垂面與水平面的角度往往帶來不同程度的表面情況，體現在蜂窩結構中，可能導致在不同的列印方向上的不同厚度結果。
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