3 डी प्रिंटिंग के कई फायदे हैं, अपरंपरागत अवधारणाओं के साथ जटिल संरचनात्मक भागों का उत्पादन करने की क्षमता इसकी सबसे बड़ी विशेषता है, जो सामग्री के आवेदन को बहुत कम कर सकती है और उनकी ताकत सुनिश्चित करते हुए भागों के वजन को कम कर सकती है। भागों का संरचनात्मक डिजाइन 3डी प्रिंटिंग के लाभों को पूरा करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिसके लिए हमें पारंपरिक डिजाइन अवधारणा को तोड़ने और अपनी कल्पना और रचनात्मकता को पूरा खेलने की आवश्यकता होती है।
कई 3D प्रिंटिंग पार्ट डिज़ाइन विचारों की अनुशंसा की जाती है।
1. हल्के वजन के उद्देश्य के लिए
हल्के डिजाइन की आवश्यकताओं के लिए संरचना में भागों के टोपोलॉजिकल अनुकूलन की आवश्यकता होती है। टोपोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन का लाभ यह है कि यह अभी भी सामग्री की मात्रा को कम करते हुए भागों की हल्की डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। जटिल संरचनात्मक डिजाइनों के टोपोलॉजी अनुकूलन के लिए 3डी प्रिंटिंग सबसे सुविधाजनक तैयारी विधि है। यह एयरोस्पेस क्षेत्र में बहुत महत्व रखता है और विमान के वजन को काफी कम कर सकता है। स्पीड ब्रेक ब्रैकेट को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, पारंपरिक तकनीक द्वारा निर्मित टाइटेनियम मिश्र धातु ब्रैकेट का वजन 430.3 ग्राम है, और संरचनात्मक अनुकूलन डिजाइन के बाद वजन 22 प्रतिशत कम हो जाता है।
वर्तमान में, आमतौर पर उपयोग की जाने वाली हल्की संरचनाएँ इस प्रकार हैं:
ट्रस/कठोर फ्रेम संरचना
कठोर फ्रेम संरचना कुछ नोड्स से जुड़ी कुछ पतली छड़ों से बनी होती है। यह सामग्री की बचत और मुद्रण आवश्यकताओं को साकार करते हुए आवश्यक शारीरिक शक्ति, बल स्थिरता और आत्म-संतुलन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।
ट्रस संरचना 3 डी प्रिंटिंग के माध्यम से अल मिश्र धातु से बना है। पारंपरिक निर्माण की तुलना में कुल वजन 35 प्रतिशत हल्का है, और कठोरता में 40 प्रतिशत की वृद्धि हुई है। इसके अलावा, ट्रस संरचना से प्राप्त एक त्वचा-कठोर संरचना है, अर्थात बाहरी सतह एक पतली दीवार वाली संरचना है और आंतरिक एक टिका हुआ सदस्य है। इस संरचना को 3डी प्रिंटिंग तकनीक में पतली दीवार वाली और टिका हुआ समर्थन छड़ के रूप में सन्निहित किया जा सकता है।
जाली सैंडविच संरचना
वजन घटाने की प्रक्रिया में जाली सैंडविच संरचना की विशेषता संरचना को अनुकूलित करना और साथ ही सामग्री की पर्याप्त ताकत सुनिश्चित करना है। एयरोस्पेस उद्योग में, विभिन्न दीवार पैनल बनाने के लिए अक्सर जाली सैंडविच संरचना का उपयोग किया जाता है।
एयरो-इंजन लुब्रिकेटिंग सिस्टम की सामग्री एक Ti-6Al-4V तेल और गैस विभाजक है। इसका कार्य सिद्धांत तेल वापसी में गैस को अलग करना है। इस ग्रिड संरचना की सरंध्रता 95 प्रतिशत जितनी अधिक है, और घनत्व 0.5g/cm2 तक कम हो जाता है ताकि जब तेल और गैस का मिश्रण गुजरता है, तो तेल की छोटी बूंदें विभाजक में सोख ली जाती हैं। रोल्स-रॉयस ने इस संरचना का उपयोग तेल और गैस पृथक्करण क्षमता को 99 प्रतिशत तक प्राप्त करने के लिए किया।
इस संरचना के साथ समस्या यह है कि बिना पिघला हुआ धातु पाउडर फ्रेम का पालन करता है और निर्माण प्रक्रिया के दौरान निकालना मुश्किल होता है।
खोखले संरचना
खोखली संरचना यह है कि खोल पतली दीवार के अंदर खोखला होता है या अंदर एक साधारण अकड़ संरचना जोड़ी जाती है। इस संरचना का नुकसान यह है कि इसे आंतरिक समर्थन की आवश्यकता होती है, और समर्थन को हटाना मुश्किल या असंभव है।
2. जैव अनुकूलता के प्रयोजन के लिए
चिकित्सा प्रत्यारोपण में झरझरा और सेलुलर संरचनाओं के लिए छेद वाली संरचनाओं की आवश्यकता होती है जो हड्डी के विकास और सेल प्रवास की सुविधा प्रदान करते हैं। उसी समय, धातु के उच्च लोचदार मापांक के कारण "तनाव परिरक्षण" घटना से बचने के लिए, प्रत्यारोपण के यांत्रिक गुणों को वास्तविक हड्डी संरचना से मेल खाने की गारंटी दी जाती है। 3डी प्रिंटिंग की अनूठी झरझरा संरचना/सेल संरचना का डिजाइन और निर्माण करना आवश्यक है, और जरूरतों के अनुसार प्रकार, ताकना आकार, छिद्र दीवार की मोटाई और सरंध्रता को डिजाइन करने के बाद मुद्रण प्रक्रिया को पूरा करना आवश्यक है।
छिद्रपूर्ण संरचना/कोशिका संरचना
पेपर "मेडिकल इम्प्लांट फैब्रिकेशन में पाउडर बेड फ्यूजन टेक्नोलॉजी का अनुप्रयोग" चार प्रकार की झरझरा संरचना / सेल संरचना इकाइयों का परिचय देता है, जो हल्की आवश्यकताओं को प्राप्त करने के लिए जाली सैंडविच संरचना की संरचना के समान हैं। लेकिन उद्देश्य अलग है, उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि संरचनात्मक इकाइयों से बने जैविक प्रत्यारोपण में अच्छी जैव-रासायनिकता हो। जैविक प्रयोगों से यह साबित हो गया है कि इस संरचनात्मक प्रत्यारोपण में अच्छी जैव-रासायनिकता है, और हड्डी के ऊतकों की एक बड़ी मात्रा छिद्र संरचना में बढ़ती है।
3. अन्य जटिल संरचनाएं
●अंतरिक्ष विशेष आकार की पाइपलाइन संरचना
अंतरिक्ष विशेष आकार की पाइपलाइनों की पारंपरिक निर्माण प्रक्रिया इंजेक्शन मोल्डिंग, कास्टिंग आदि है। उच्च विनिर्माण लागत और लंबे उत्पादन चक्र के अलावा, पारंपरिक प्रक्रिया पाइपलाइन के लिए आवश्यक जटिल तख़्ता वक्र को सफलतापूर्वक तैयार करना मुश्किल है। कंफर्मल कूलिंग तकनीक मोल्ड बनाने को 3डी प्रिंटिंग के साथ जोड़ती है ताकि अंतरिक्ष पाइपों के जटिल आकार के निर्माण के तरीके को हल किया जा सके।
एकीकृत जटिल संरचना
एकीकृत जटिल संरचना को आगे स्थिर तंत्र और गतिशील तंत्र में विभाजित किया गया है। उनमें से, सबसे प्रसिद्ध स्थिर तंत्र डिजाइन जीई का ईंधन इंजेक्टर है। गतिशील एकीकरण तंत्र की विशेषताएं यह हैं कि यह असेंबली से मुक्त है और गतिशील कनेक्शन का एहसास कर सकता है। पारंपरिक यांत्रिक घटकों को प्रत्येक एकल टुकड़े को चरण दर चरण प्रिंट करने और फिर एकल टुकड़े को इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है। 3D प्रिंटिंग असेंबली चरणों को बचा सकती है और सीधे असेंबली-मुक्त समग्र तंत्र प्राप्त कर सकती है। विशिष्ट प्रतिनिधि - सार्वभौमिक संयुक्त।
अंतरिक्ष मुक्त रूप सतह संरचना
पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके मशीन के लिए फ्रीफॉर्म संरचनाएं कठिन या असंभव हैं।
उदाहरण के लिए, इंजन ब्लेड ऐसी पतली दीवार वाली और जटिल मुक्त-रूप सतहों के विशिष्ट प्रतिनिधि हैं। पारंपरिक कास्टिंग विधियों और सीएनसी मशीनिंग तकनीकों द्वारा तैयार किए गए ब्लेड में क्रमशः खराब सतह की गुणवत्ता और कम प्रसंस्करण दक्षता का नुकसान होता है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी उच्च ज्यामितीय सटीकता और अच्छी सतह की गुणवत्ता वाले ब्लेड के निर्माण के लिए तकनीकी स्थिति प्रदान करती है। इसके अलावा, हल्के जटिल सतहों के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए जाली सैंडविच संरचना को फ्री-फॉर्म सतह संरचना के साथ जोड़ा जा सकता है।