CZ34469U1 - Cellular microbar structure - Google Patents
Cellular microbar structure Download PDFInfo
- Publication number
- CZ34469U1 CZ34469U1 CZ2020-37941U CZ202037941U CZ34469U1 CZ 34469 U1 CZ34469 U1 CZ 34469U1 CZ 202037941 U CZ202037941 U CZ 202037941U CZ 34469 U1 CZ34469 U1 CZ 34469U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cellular
- microbar
- elements
- cell
- structure according
- Prior art date
Links
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 title claims description 15
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
- B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Buněčná mikroprutová strukturaCellular microbar structure
Oblast technikyField of technology
Technické řešení se týká stavebnictví, strojírenství, automobilového a leteckého průmyslu.The technical solution concerns the construction, engineering, automotive and aerospace industries.
Dosavadní stav technikyPrior art
V současné době jsou v průmyslu používány hliníkové pěny, které jsou vyráběny vytvářením plynových bublin v tavenině hliníku nebo jeho slitin. Takto naplyněné taveniny následně utuhnou. Tato pěnová struktura představuje nelineární stochastické rozložení materiálu v prostoru, bohužel při konstruování dílů z kovových pěnových materiálů není možné snadno definovat jejich chování při různém stupni namáhání. Na trhu lze najít celou řadu takovýchto výrobků. Hliníková pěna je využívána se v oblastech lehké a tuhé konstrukce dopravních prostředků robotů, dopravníků, automatizačních a manipulačních zařízení; deformačních zón vozidel, výtahových a dopravníkových zařízení; strojních dílů tlumících hluk a vibrace; zvukoizolačních panelů do prostředí s vysokou vlhkostí, teplotou, prašností, proudících plynů, vibracemi a hlukem atd.At present, aluminum foams are used in industry, which are produced by forming gas bubbles in the melt of aluminum or its alloys. The melts thus gasified subsequently solidify. This foam structure represents a non-linear stochastic distribution of the material in space, unfortunately when designing parts from metal foam materials it is not possible to easily define their behavior at different degrees of stress. A number of such products can be found on the market. Aluminum foam is used in the areas of light and rigid construction of robots, conveyors, automation and handling equipment; deformation zones of vehicles, elevators and conveyor equipment; noise and vibration damping machine parts; sound insulation panels for environments with high humidity, temperature, dust, flowing gases, vibrations and noise, etc.
Hliníková pěna se však vyznačuje nerovnoměrným rozložením pórů v celém svém objemu a z tohoto důvodu nelze při jejím použití pro výrobu přesně určit mechanické vlastnosti těchto výrobků v různých směrech. Z tohoto důvodu není možné přesně definovat chování součástí (výrobků) při jejich namáhání.However, aluminum foam is characterized by an uneven distribution of pores throughout its volume, and for this reason it is not possible to precisely determine the mechanical properties of these products in different directions when used for production. For this reason, it is not possible to precisely define the stress behavior of components (products).
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Buněčná mikroprutová strukturuje homogenní strukturou s definovanými (nejen) mechanickými vlastnostmi ve všech směrech, která je vhodná pro technologii 3D tisku. Strukturu je možné vytisknout jak metodou „Fused deposit Modeling“, tak metodou „Selective Laser Melting“ (SLM). Buněčná mikroprutová struktura má plástvový tvar, jehož nejmenším prvkem je tzv. element, kruhového průřezu. Ideální varianta je, když je buňka tvořená šesti elementy po obvodu a jedním středovým elementem, který je o polovinu předsazen oproti elementům po obvodu. Všechny elementy mají stejný elipsovitý tvar s kruhovými otvory na obou koncích.Cellular microbar structures a homogeneous structure with defined (not only) mechanical properties in all directions, which is suitable for 3D printing technology. The structure can be printed using both the "Fused deposit Modeling" method and the "Selective Laser Melting" (SLM) method. The cellular micro-rod structure has a honeycomb shape, the smallest element of which is the so-called element, of circular cross-section. The ideal variant is when the cell consists of six elements around the circumference and one central element, which is halved over the elements around the circumference. All elements have the same elliptical shape with circular holes at both ends.
Elementy jsou duté ajejich velikost může být měněna pomocí měřítka, nejmenší povolený průměr otvorů je 0,2 mm, maximální rozměr není omezen. Tloušťka stěny jednotlivých elementů je omezena minimální hodnotou 0,1 mm a maximální hodnotou, která je % průměru otvoru elementu. Buňky jsou tvořeny vždy sudým počtem elementů např. 4, 6, 8 apod.The elements are hollow and their size can be changed with a scale, the smallest allowed diameter of the holes is 0.2 mm, the maximum dimension is not limited. The wall thickness of the individual elements is limited by a minimum value of 0.1 mm and a maximum value which is% of the diameter of the opening of the element. The cells are always formed by an even number of elements, eg 4, 6, 8, etc.
Pokud je při 3D tisku použita technologie tisku FDM, pak tato umožňuje použití celé řady materiálů v závislosti na plánovaném použití struktury. K výrobě se hodí konstrukční materiály, jako například ABS, PET, PA či PC. V případě metody SLM je možné užít jak polymemí, tak kovové materiály.If FDM printing technology is used in 3D printing, then this allows the use of a wide range of materials depending on the intended use of the structure. Construction materials such as ABS, PET, PA or PC are suitable for production. In the case of the SLM method, it is possible to use both polymeric and metallic materials.
Všechny rozměry buňky ajejich uspořádání jsou variabilní v závislosti na parametrech technologie 3D tisku a způsobu využití buněčné mikroprutové struktury za účelem konstrukčního a technologického využití. Pro účely této přihlášky se mikroprutovou strukturou rozumí struktura malých rozměrů, přičemž název je převzat z anglického „lattice structure“, který je běžně používán pro tento druh výplňových prvků (viz například https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127519305751).All dimensions of the cell and their arrangement are variable depending on the parameters of the 3D printing technology and the way in which the cellular microbar structure is used for design and technological use. For the purposes of this application, a micro-rod structure is a small structure, the name being taken from the English "lattice structure" commonly used for this type of filler element (see for example https://www.sciencedirect.com/science/article/pii / S0264127519305751).
Tato mikroprutová struktura má malou měrnou hmotnost a zároveň vysokou specifickou tuhost v definovaných směrech. Jednotlivé buňky jsou troj dimenzionálně stabilní. Pokud je vyrobenaThis microbar structure has a low specific gravity and at the same time a high specific stiffness in defined directions. Individual cells are three dimensionally stable. If it is made
- 1 CZ 34469 UI z kovového práškuje nehořlavá a má nízkou termální vodivost. Protože buňka struktury obsahuje dutou část, je vhodná jako tepelná i zvuková izolace. Strukturuje dále možné využít jako výplň plného materiálu, čímž dochází k úspoře materiálu a času.- 1 CZ 34469 Metal powder UI is non-flammable and has low thermal conductivity. Because the cell of the structure contains a hollow part, it is suitable as thermal and sound insulation. Structures can also be used as a filler of solid material, thus saving material and time.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Obr. 1 - průřez základním stavebním prvkem struktury pohled a) shora, b) z bokuGiant. 1 - cross-section of the basic building element of the structure, view a) from above, b) from the side
Obr. 2 - příklady seskupení buněk pro 4, 6 a 8 elementůGiant. 2 - examples of cell groupings for 4, 6 and 8 elements
Obr. 3 - pohled na strukturu shoraGiant. 3 - top view of the structure
Obr. 4 - boční řez strukturou - na jednotlivé buňky tvořící řady - tzv. mikroprutyGiant. 4 - side section of the structure - on individual cells forming rows - so-called micro rods
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solution
Příklad 1Example 1
Buněčná mikroprutová struktura je vyrobena 3D tiskem metodou FDM (Fused Deposit Modeling). Tryskou jsou postupně nanášeny jednotlivé průřezy strukturou a objekt vzniká vrstvu po vrstvě ve směru kolmém k vodorovné podložce. Díky tvaru buněk struktury nejsou při tisku používány podpory a po tisku není prováděn další post-processing. Jako materiál v tomto případě slouží PET.The cellular microbar structure is made by 3D printing using the FDM (Fused Deposit Modeling) method. The individual cross-sections of the structure are gradually applied by the nozzle and the object is formed layer by layer in the direction perpendicular to the horizontal base. Due to the shape of the structure cells, no supports are used during printing and no further post-processing is performed after printing. PET is used as the material in this case.
Buňka je tvořena šesti elementy j. po obvodu a jedním středovým elementem 1, který je o polovinu předsazen oproti elementům 1 po obvodu. Všechny elementy ]_ mají stejný elipsovitý tvar s kruhovými otvory na obou koncích. Elementy 1 jsou duté. Průměr otvorů je 0,2 mm, tloušťka stěny jednotlivých elementů JJe 0,1 mm.The cell is formed by six elements j. Circumferentially and one central element 1, which is half-moved over the elements 1 circumferentially. All elements have the same elliptical shape with circular holes at both ends. Elements 1 are hollow. The diameter of the holes is 0.2 mm, the wall thickness of the individual elements is 0.1 mm.
Velikost buňky u konkrétního provedení: největší průměr 8 mm, průměr nejmenší 4 mm výška 20 mm, 6 buněk na roztečném průměru 18 mm, kostka na obrázcích má rozměry 60x60x60 mm, všechny rozměry se mohou měnit v závislosti na parametrech nastavení 3D tisku v závislosti na požadované fúnkci buněčné mikroprutové struktury, a to v závislosti na mechanické únosnosti a technologické funkčnosti (pohltivost elektromagnetického záření, isolačních a mechanických vlastnostech).Cell size for a specific design: largest diameter 8 mm, diameter smallest 4 mm height 20 mm, 6 cells with a pitch diameter of 18 mm, the cube in the pictures has dimensions 60x60x60 mm, all dimensions may change depending on the parameters of 3D printing settings depending on required function of the cell micro-rod structure, depending on the mechanical load-bearing capacity and technological functionality (absorption of electromagnetic radiation, insulating and mechanical properties).
Technologie tisku FDM umožňuje použití celé řady materiálů v závislosti na plánovaném použití struktury. K výrobě se hodí konstrukční materiály, jako například ABS, PET, PA či PC.FDM printing technology allows the use of a wide range of materials depending on the intended use of the structure. Construction materials such as ABS, PET, PA or PC are suitable for production.
Příklad 2Example 2
Přiklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že je buňka tvořena čtyřmi elementy J. Průměr otvorů je 2 cm, tloušťka stěny jednotlivých elementů 1 je 1 cm.Example 2 differs from Example 1 in that the cell consists of four elements J. The diameter of the holes is 2 cm, the wall thickness of the individual elements 1 is 1 cm.
Příklad 3Example 3
Buněčná mikroprutová struktura je vyrobena 3D tiskem technologií SLM (Selective Laser Melting). Buněčná mikroprutová struktura je rozdělena na jednotlivé vrstvy, které jsou následně selektivně taveny dohromady. Jako vstupní materiál je použit metalický prášek. Buněčná mikroprutová struktura eliminuje podpůrné prvky, tzn.: pokud je struktura správně orientována vůči tiskové podložce je tedy tištěna bez podpůrných prvků.The cellular microbar structure is made by 3D printing using SLM (Selective Laser Melting) technology. The cellular microbar structure is divided into individual layers, which are then selectively melted together. Metallic powder is used as input material. The cellular micro-rod structure eliminates support elements, ie if the structure is correctly oriented towards the printing substrate, it is therefore printed without support elements.
Buňka tvořena osmi elementy L Průměr otvorů je 4 cm, tloušťka stěny jednotlivých elementů Ije 2 cm.The cell consists of eight elements L The diameter of the holes is 4 cm, the wall thickness of the individual elements I is 2 cm.
-2 CZ 34469 UI-2 CZ 34469 UI
Příklad 4Example 4
Přiklad 4 se od příkladu 3 liší tím, že pro tisk buněčné mikroprutové struktury je využita podpora, 5 která má převis menší než je 45°. Buňka tvořena desíti elementy .1. Průměr otvorů je 0,2 cm, tloušťka stěny jednotlivých elementů I je 0,1 cm.Example 4 differs from Example 3 in that a support 5 is used to print the cellular microbar structure, which has an overhang of less than 45 °. A cell consisting of ten elements.1. The diameter of the holes is 0.2 cm, the wall thickness of the individual elements I is 0.1 cm.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Technické řešení je využitelné v oblasti stavebnictví, strojírenství, automobilní a letecký průmysl.The technical solution can be used in the construction, engineering, automotive and aerospace industries.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37941U CZ34469U1 (en) | 2020-09-02 | 2020-09-02 | Cellular microbar structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37941U CZ34469U1 (en) | 2020-09-02 | 2020-09-02 | Cellular microbar structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ34469U1 true CZ34469U1 (en) | 2020-10-20 |
Family
ID=73015443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37941U CZ34469U1 (en) | 2020-09-02 | 2020-09-02 | Cellular microbar structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ34469U1 (en) |
-
2020
- 2020-09-02 CZ CZ2020-37941U patent/CZ34469U1/en active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Al-Ketan et al. | Forced convection computational fluid dynamics analysis of architected and three-dimensional printable heat sinks based on triply periodic minimal surfaces | |
| Zhang et al. | Efficient design-optimization of variable-density hexagonal cellular structure by additive manufacturing: theory and validation | |
| EP3045300A1 (en) | Stiffening component and method for manufacturing a stiffening component | |
| US20180058771A1 (en) | Method of generating support structure of tube components to become functional features | |
| US20160237828A1 (en) | Article with internal structure | |
| US20090274865A1 (en) | Cellular lattice structures with multiplicity of cell sizes and related method of use | |
| WO2018194875A1 (en) | Apparatus for isotropic shell structure unit cells for structural lightweighting | |
| Khoda et al. | 3D metal lattice structure manufacturing with continuous rods | |
| CN109477580B (en) | Flow damper and method of manufacturing the same | |
| Serdeczny et al. | Numerical prediction of the porosity of parts fabricated with fused deposition modeling | |
| Kandemir et al. | Topology optimization of 2.5 D parts using the SIMP method with a variable thickness approach | |
| Nazir et al. | Mechanical performance of lightweight-designed honeycomb structures fabricated using multijet fusion additive manufacturing technology | |
| JP2019524483A (en) | Method for additive manufacturing and multipurpose powder removal mechanism | |
| Wang et al. | Lightweight metallic cellular materials: a systematic review on mechanical characteristics and engineering applications | |
| CZ34469U1 (en) | Cellular microbar structure | |
| Monkova et al. | Some aspects influencing production of porous structures with complex shapes of cells | |
| Reddy et al. | 3D printed lattice structures: A brief review | |
| Balabanov et al. | Mechanical properties of 3D printed cellular structures with topology of triply periodic minimal surfaces | |
| Niu et al. | Effects of disordered circular nodes dispersion and missing ligaments on the mechanical properties of chiral structures | |
| Isaac et al. | Mechanical characterisation and crashworthiness performance of additively manufactured polymer-based honeycomb structures under in-plane quasi-static loading | |
| Aremu et al. | Effects of net and solid skins on self-supporting lattice structures | |
| Teufelhart | Investigation of the capability of flux of force oriented lattice structures for lightweight design | |
| Bertocco et al. | Influence of SLM parameters on the compressive behaviour of lattice structures in 17-4PH stainless steel | |
| Dani et al. | Sustainability of industrial components using additive manufacturing and foam materials | |
| Gunaydin et al. | Distortion and dimensional deviation of Inconel 718 auxetic structures produced by DMLM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20201020 |