3D 打印点阵结构：如何承载以及在哪里失效

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  3D 打印点阵结构如何承载
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  决定点阵能否成形的打印约束
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  点阵何时优于机加工实体零件
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  设计能顺利成形的点阵
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  点阵与实体：按工艺匹配零件

实体块通过整个截面承载。点阵则通过少量细杆件承载相同载荷，因此每根杆件的应力高得多。这就是代价。你减掉 60% 到 90% 的质量，代价是每个节点处的应力集中。

杆件有两种受力方式：沿杆件的轴向拉伸或压缩，以及载荷偏离轴线时的弯曲。轴向加载效率高。弯曲效率低，一旦载荷路径不是从节点到节点的直线就会出现。拉伸主导型点阵让大多数杆件处于轴向载荷，因此单位质量的刚度保持得好。

弯曲主导型点阵，例如简单的体心立方阵列，刚度较低，在坍塌前吸收更多能量。这使它们适合冲击衬垫和缓冲件，而不适合必须保持位置的支架。在确定胞元尺寸或杆径之前，首先要判断载荷路径产生的是哪种模式。

节点是薄弱点。两根杆件成角度相交会产生应力集中，在金属粉末床打印中，节点也是未熔粉末容易残留的地方。节点半径为杆径的 0.3 到 0.5 倍可分散应力，并让铺粉刮刀运行更顺畅。

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  拉伸主导型杆件处于轴向载荷。刚度高，能量吸收低。
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  弯曲主导型杆件在节点处弯曲。刚度较低，能量吸收更好。
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  节点半径0.3–0.5 × 杆径可降低应力集中。

在 CAD 中看起来没问题的点阵，打印出来可能是一团熔合的金属。限制在于工艺能成形并清理干净的最小特征。激光粉末床熔融在钛合金中可做到约 0.2 mm 的杆件，在不锈钢中约 0.3 mm，但这些数字的前提是几何干净、设备调校良好。

低于该值，或杆件偏离垂直方向超过约 45 度，就需要支撑。点阵内部的支撑难以去除，往往也无法检测。设计胞元时让悬垂保持在 45 度以内，或者接受零件需要换一个方向。

残留粉末是另一个实际限制。金属打印中，小于约 1.5 mm 的胞元会残留粉末，零件会带上没人计划的多余质量。如果减重是主要目的，就放大胞元、增加排粉通道，或改用更大的胞元。

聚合物工艺的数字不同。立体光刻和材料喷射能做出比 FDM 更细的杆件，FDM 的 0.4 mm 喷嘴把下限卡在约 0.5 mm。FDM 杆件在层间结合也弱，因此层间受拉的点阵不是好选择。

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  杆件下限钛合金约 0.2 mm，不锈钢 0.3 mm，FDM 0.5 mm。
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  悬垂角度杆件与垂直方向保持在 45 度以内，避免内部支撑。
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  胞元开口小于 1.5 mm 时，金属胞元会残留粉末并增加隐藏质量。

减重是采用点阵的常见原因，但很少是唯一原因。散热零件受益，因为开放网络让空气或流体穿过实体，热量比通过实心壁散得更快。能量吸收件受益，因为可控坍塌是特性，不是失效。

医疗植入物用点阵匹配骨骼刚度。实心钛植入物比周围骨骼硬得多，这种不匹配会导致骨吸收。开放点阵使有效模量更接近骨骼，并为组织生长提供空间。

其他情况下机加工仍然占优。配合面、螺纹孔或密封面有严格公差的零件需要可切削的材料。可以先打印点阵芯体，再机加工关键面，但这会增加一次装夹和一套工装夹具。

成本随复杂度上升。点阵按单位体积打印便宜，但设计、仿真和检测昂贵。一个减重 40 克却需要两轮迭代和 CT 扫描才能合格的零件并不省钱。决定前要把整条链的成本算清楚。

钜亮五金（GreatLight）两条路线都做。定制 3D 打印负责点阵成形，16 台五轴加工中心同时处理实体或混合版本，应对图纸上标注 ±0.005 mm 公差的要求。

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  选点阵用于减重、散热路径、能量吸收、刚度匹配。
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  选机加工用于密封面、螺纹、严格公差、小批量成本。
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  混合路线打印点阵芯体，再机加工关键接口。