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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！其不僅在技術上升級迭代，更是在產(chǎn)品功能和應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打印輕量化設計的重要手段，雖然它的復雜性和微妙性對設計和制造帶來不小挑戰(zhàn)，但其對可制造空間擴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打印晶格結構的特性，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)絡組成的二維或三維微體系結構。簡單地說，它就是3D打印物件最常見的一種鏤空的結構，這種結構并不是隨機堆砌出來的，而是結合晶體學的力學和結構進行設計，所以這種鏤空的結構在專業(yè)上被叫做晶格。

在業(yè)內，晶格結構被定義為包含在3D空間中重復對齊的互連支柱或板陣列的復雜架構。它是指某種結構的單胞在空間上按照一定的規(guī)律組合成的結構，按照排布形式可將單元胞分為均勻同構、均勻異構、非均勻同構和非均勻異構四種。

 △3D打印的氧化物陶瓷晶格構件（樣品來源：升華三維）

別具一“格”

晶格具有許多吸引人的特質，而這些特質只能通過3D打印中晶格結構的形成和使用來闡述。晶格結構用途如下：

·減少材料使用和成本。晶格設計可以通過去除非關鍵區(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，晶格結構的引入可減少鈦或鉻鎳鐵合金這些昂貴材料的使用，在不犧牲零件結構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，可以將晶格參數(shù)精確調整到零件上的物理負載，將零件的整體質量減少90％或更多。在許多應用中，零件或組件的最終重量，通常越輕越好。

·改進的強度重量比。晶格結構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域具有非常重要的意義。

△3D打印的金屬晶格結構件（樣品來源：升華三維）

·高表面積。一些應用側重于最大化表面積，而不是機械強度。利用晶格技術，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，這對于促進熱交換和化學反應的產(chǎn)品而言是一個關鍵優(yōu)勢。

·出色的減震和沖擊保護。晶格結構在消散震力和沖擊載荷方面非常有效，因為單元結構有助于整個結構的彎曲和能量分配。晶格可以集成到產(chǎn)品（例如橄欖球頭盔）中以減少沖擊應力，也可以用作犧牲特性以保護產(chǎn)品的關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)建晶格結構，令構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構形成更牢固的結合，以促進骨生長。

釋放無限潛能

晶格結構是最典型一種復雜結構?；谄鋸碗s的結構形態(tài)，使用水射流切割、鑄造、化學鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術制造，耗時、昂貴，并且無法達到高分辨率，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)設備等領域備受青睞之外，超輕和多功能特性的晶格結構已經(jīng)向著多個行業(yè)的復雜應用進行著持續(xù)性的推廣和研究：

·再生醫(yī)學領域，骨組織支架結構設計中的晶格，其規(guī)則的孔洞能夠在促進組織生長的同時提供結構性支撐，其晶格成型難的問題可以通過采用3D打印技術得到解決。

△3D打印的生物陶瓷晶格結構件（樣品來源：升華三維）

·汽車設計領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)異力學性的結構面臨著成型成本高昂的問題，但可以使用先進的3D打印技術進行優(yōu)化解決。

·航空領域所需要的機翼夾層結構中的晶格設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打印技術進行。同時，超輕型陶瓷晶格結構的開發(fā)也將解決深空探測器復雜結構的輕量化設計，實現(xiàn)極其復雜結構的功能集成。

△3D打印的特種陶瓷晶格結構件（樣品來源：升華三維）

由此看來，3D打印技術可以在各個制造領域復雜晶體結構件的設計和制造中，值得應用和推廣。

再塑競爭王者

總體來說，3D打印技術的最大價值之一在于能成型各種復雜結構，因此結構設計與創(chuàng)新成為3D打印技術深化應用的核心。但目前，在結構設計與制造工藝的結合方面仍具有局限性，晶格結構能否與打印路徑匹配，晶格結構的打印效率如何以及在晶格單元胞結構的開發(fā)與創(chuàng)新、單元胞結構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計與應用非常不友好。

作為國內最早從事金屬·陶瓷間接3D打印技術研究的團隊之一，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?；谏A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)需求進行多晶格結構的設計與填充制造，快速落地應用。

△多孔陶瓷構件應用案例（來源：升華三維）

未來，隨著先進制造工藝的快速發(fā)展，超材料的晶格結構的制造成為可能。升華三維將深化對特種金屬、特種陶瓷與其他先進材料的開發(fā)與研究，加強對大尺寸、高性能、高復雜結構層的設計與制造能力，實現(xiàn)對層內各種穿插、交織、多孔等三維結構達到強度、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構出現(xiàn)在更多領域中，讓我們不斷在改進結構優(yōu)化和功能設計中，贏得更廣闊的應用市場，積蓄勢能，爭做王者！