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晶格結構之設計、最佳化和分析用於高速積層製造

為了解決Adidas AG的問題，作者阿米爾 那錫爾 這樣論述：

細胞狀結構有許多獨特優點，係由交互相連的網版組成，包含支撐結構及小的晶胞結構，具有高強度重量比、優異的能量吸收及最小物料需求。與傳統複雜的加工技術相比，積層製造技術(AM)可以直接從數位資訊中逐層建構出結構，幾乎可以製作所有類型的幾何形貌。然而，因打印速度過慢，較低的準確性和重複性，以及受限於特定應用的材料選擇上，實際存在許多限制。細胞狀結構由於其高強度重量比，普遍使用於航太及汽車產業，為增加飛機與汽車的使用效益，提出提升性能及重量比的研究。在某些情況下，航太工程已利用晶格結構來製作堅固、高及超輕的立柱。這些立柱用於航空起重機臂，航空桅杆，可展開的立柱和太陽帆上。生物醫學/醫療保健領域利用高

強度重量比和最大的表面積特性，允許人體組織向內生長，並改善了生物醫學植入物的固定性，這對患者的生活方式產生了積極影響。文獻回顧表示，大多數現有研究僅集中於研究細胞結構的少數特性（壓縮/拉伸），這會限制這些結構的應用。 蜂窩結構的彎曲、屈曲、扭轉和非線性特性尚未得到足夠的研究。這項研究中，作者主要研究晶格晶胞尺寸、晶格形態柱高對臨界屈曲負載的影響，以及積層製造出胞柱的屈曲後行為，並使用晶胞設計方法設計了不同尺寸和形態的晶格晶胞。本研究採用高速3D列印技術（多噴射熔融）製造壓縮樣品，進行基礎實驗和模擬分析，研究各種晶格形態的臨界屈曲負載和屈曲後行為。最後，為了更進一步的分析跟優化，通過重新設計具有

可變密度的結構，選擇性能最佳的垂直傾斜結構，來獲得臨界屈曲負載的最佳值。結論是，晶胞尺寸，晶格形態，細胞柱高，垂直樑的直徑和位置，水平或傾斜樑的數量，支撐垂直樑的位置和角度會嚴重影響臨界屈曲負載和屈曲後行為，此種行為下的柱的總質量、容積比和尺寸保持不變。此外，本研究發現晶胞尺寸明顯的影響屈曲後行為， 較大的晶胞樣品以脆裂的方式產生缺陷，且隨著晶胞尺寸的減小，這種趨勢從脆性變為韌性。結果顯示，水平或傾斜梁在屈曲情況上沒有垂直梁來的重要。然而，材料在傾斜或水平方向上的分佈也很關鍵，因為它們為垂直梁提供了支撐，使其像一個整體一樣承受屈曲負載。結果亦顯示，可以通過設計可變密度細胞柱來增加臨界屈曲負載，

其中柱的外邊緣的梁比內樑的厚。