胞元結構是增材制造的一個重要的研究領域，正如建筑用的空心磚，胞元的應用減少了材料的使用，有效幫助實現輕量化。四種常見的胞元結構包括蜂窩，開孔泡沫，閉孔泡沫與點陣結構。

點陣結構材料由于在熱、電和光學性能等方面具有的優勢，以及作為潛在的輕量化材料而受到人們關注。點陣結構，為實現零部件不同的外觀和性能打開了一扇門。點陣結構所固有的復雜性，使得增材制造/3D打印技術與其制造有著天然的結合點。3D打印的一大優勢是靈活性以及打印成本對產品的復雜性不敏感，這也是復雜的點陣結構成為3D打印領域的一大熱門研究方向的主要原因。

在使用3D打印技術作為點陣結構的制造方式時，設計師能夠釋放和發掘點陣結構的功能和潛力，從而提高其產品的性能。同時，點陣結構的設計思路也可以促使設計者重新思考零件所需的性能，以探索更多的設計空間。

自然界中隨處可見點陣結構，如骨骼和金屬晶體等。在產品設計時，利用點陣的機械效能，如超大表面積，優異的減震性能，抗沖擊保護等，能夠克服傳統制造的限制，創造新的、更高性能的產品。

點陣結構材料不僅重量輕，而且可以釋放大量的表面積 ，這類結構能夠促進熱交換和化學反應。

點陣結構可以顯著增大有效表面積，如果散熱器中充滿冷空氣，也可以快速帶走熱量。以計算機熱交換器為例，計算機處理器的性能往往會受到產生的熱量的影響，熱交換器的工作就是在風扇的協助下，將熱量從芯片中除去并將其排出到大氣中，該系統的整體效率與散熱器的表面積息息相關。然而，如果沒有3D打印技術，“小” 特征想具有大表面積是難以實現的。

點陣結構運動鞋中底，圖片來源：Carbon

點陣還可以通過更好地吸收能量來保護產品。例如有點陣結構的運動鞋中底和橄欖球頭盔緩沖結構，在受到外力作用時，它們可以吸收撞擊力起到安全保護的作用。

噪音和振動令人不悅，有時振動甚至會降低機器性能。增材制造的點陣還可以降低機械噪音和振動。由于剛度低，承受和恢復大應變的能力強，點陣在抑制振動方面很有效。例如，點陣可以運用到重型設備上的隔離墊中，以減少進入制造系統的能量。點陣的可調特性也使得工程師可以改進設計以匹配其特定應用要求。

點陣結構可以整合入零部件的設計中，不僅是從整體外觀上與傳統的產品設計區別開來，還能夠實現減重、散熱、緩沖等不同的功能。此外，不同的點陣細觀結構還將實現不同的力學性能。那么，如何才能釋放點陣結構的種種潛能，確保3D打印部件符合設計意圖呢？此時，遵循為增材制造而設計（DfAM）的原則變得尤為重要, 即通過形狀、尺寸、層級結構和材料組成的系統綜合設計，最大限度提高產品性能。一些重要的DfAM因素包括胞元（點陣的基本單位）結構、大小和密度，材料選擇和胞元方向等。

點陣胞元結構形式眾多，它們是點陣中的基本單元，常見的點陣胞元結構有立方體，星形，八角形，六邊形，菱形和四面體等。

鈦合金“蜘蛛”架，由雷尼紹AM250制造，Altair Optistrut軟件, 和Materialise Magics 軟件生成

點陣胞元結構的大小和密度是指單個胞元的大小以及在一個空間內胞元的數量。點陣胞元本身的大小取決于其節點和連接節點的梁的厚度和長度。較大的胞元更容易打印，同時也更硬。相應的，較小的胞元更均勻，但會受到特征尺寸的限制。在進行點陣結構設計時，可以在單個產品的不同位置上設置不同的密度以實現機械性能。通過傳統制造技術實現這些性能，需要進行多個零件組裝，而3D打印可以在單一產品中形成不同的功能性能區域。

制造材料決定了點陣的特性。彈性或軟質材料通常需要設計成較小和較密集的胞元群以減少打印期間的下垂。剛性材料在打印點陣時具有更大的設計范圍，胞元可以具有更大的尺寸和更少的數量。

點陣結構的建模和3D打印中還存在不少挑戰。 一個關鍵的挑戰是要證明設計的性能可靠性，特別是在抗疲勞方面。由于點陣結構的表面和尖銳的交叉點很多，這帶來了應力集中。

在點陣結構的設計方面，軟件企業與增材制造企業以及點陣結構應用企業進行了大量探索。例如，在軟件企業中，安世中德針對增材制造點陣結構仿真分析，開發了多尺度算法仿真軟件Lattice Simulation,基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析,并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。在應用企業中，中國空間技術研究院總體部根據三維點陣的胞元形式的特點，結合三維點陣在航天器結構中應用的實際情況，提出三維點陣結構胞元的表達規范，即通過胞元占據的空間并結合胞元桿件的直徑來表達三維點陣結構胞元的設計信息。

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