3D 打印晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計終極指南：部件輕量化、功能化的絕佳選擇
魔猴君 知識堂 520天前
3D 打印中的晶格結(jié)構(gòu)是一種強大的設(shè)計工具。精心設(shè)計的晶格結(jié)構(gòu)可以使零件更輕、更堅固，更有效地吸收沖擊力，并更好地根據(jù)最終用途進(jìn)行定制。了解如何使用和創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu)是 3D 打印原型和生產(chǎn)部件的產(chǎn)品工程和工業(yè)設(shè)計的重要組成部分。
△設(shè)計成晶格結(jié)構(gòu)的3D打印頭盔（來源： Carbon 3D）
晶格結(jié)構(gòu)實際是3D打印填充模式的一種特殊應(yīng)用，但大多數(shù)非專業(yè)設(shè)計師都沒有充分將其作用充分發(fā)揮出來。如今，先進(jìn)的增材制造設(shè)計軟件在自動生成各種晶格結(jié)構(gòu)方面有著巨大優(yōu)勢，這為晶格結(jié)構(gòu)應(yīng)用于運動設(shè)備、火箭推進(jìn)器以及醫(yī)療植入物等領(lǐng)域奠定了良好的基礎(chǔ)。
△由于晶格結(jié)構(gòu)壁設(shè)計，這種單件式火箭推進(jìn)發(fā)動機的 3D 打印重量更輕（來源：SLM Solutions）
在本期文章中，南極熊對使用晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計零件的基本要點進(jìn)行了逐一介紹，包括晶格結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢、不同類型的晶格、如何使用它們以及何時使用，并展示了世界各地的設(shè)計師和工程師如何使用晶格來創(chuàng)造性能極佳的創(chuàng)新產(chǎn)品：從 Adidas 跑鞋和 Specialized 自行車座墊到工業(yè)散熱器和矯形膝關(guān)節(jié)植入物。最后，介紹了將晶格結(jié)構(gòu)應(yīng)用到設(shè)計中所需的頂級軟件。
要點 1. 為什么要使用晶格結(jié)構(gòu)
△Aidro3D 打印的具有晶格內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱交換器—— Toucan Beak（來源：Aidro）
晶格具有一些獨特的特性，在設(shè)計零件或產(chǎn)品時具有很大的優(yōu)勢，而傳統(tǒng)制造方法幾乎無法復(fù)制這些特性，例如：
減少材料使用
在您的設(shè)計中使用晶格可以通過移除非關(guān)鍵區(qū)域的大部分材料來顯著減少材料的使用量。如果目標(biāo)零件是使用基于粉末或樹脂的 3D 打印工藝制造的，則可以節(jié)省大量成本。
△盡管大小相同，但右側(cè)的晶格結(jié)構(gòu)的表面積比左側(cè)的圓柱體大 4 倍，重量輕 4 倍（來源：Printpool）
輕量化
減少材料使用還有另一個好處——減輕重量。在許多應(yīng)用中，零件或組件的最終組裝質(zhì)量是一個嚴(yán)格約束的目標(biāo)，通常越輕越好。根據(jù)所選的晶格類型，重量減輕效果可能非常顯著，這具有許多優(yōu)勢，從減少汽車應(yīng)用中的燃料使用到縮短醫(yī)療案例中的患者恢復(fù)時間。
吸收能量
晶格結(jié)構(gòu)具有許多有利于吸收能量的特性。通過改變不同區(qū)域的密度甚至細(xì)胞類型，可以進(jìn)行設(shè)計以有效地吸收不同方向的能量。與廣泛產(chǎn)品中使用的標(biāo)準(zhǔn)泡沫相比，復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)可以在多個方向重新定向和更好地分配能量以吸收沖擊力，同時利用現(xiàn)代增材制造樹脂的各種特性。
△CCM SuperTacks X 是世界上第一個 3D 打印曲棍球頭盔內(nèi)飾，用Carbon 3D 的 NEST Tech 晶格取代傳統(tǒng)的通用泡沫襯墊以增強保護(hù)（來源：Carbon 3D）
增加表面積
晶格的表面積比相同大小的實體組件的表面積大許多倍。這對于涉及依賴高表面積實現(xiàn)其功能的熱交換或化學(xué)催化的應(yīng)用非常有用。
美觀
除了晶格的許多技術(shù)優(yōu)勢外，很難忽視它們具有獨特而美麗的美感。越來越多的產(chǎn)品設(shè)計師選擇將晶格元素融入消費產(chǎn)品設(shè)計中，僅僅是為了外觀。
要點 2. 晶格結(jié)構(gòu)類型
△Carbon的 Design Engine 晶格生成軟件中使用的晶格類型（來源：Carbon）
關(guān)于晶格類型的定義，Anton du Plessis等人對此做出了系統(tǒng)地論述，相關(guān)研究以題為“Properties and applications of additively manufactured metalliccellular materials: A review”的論文被發(fā)表在《Progress inMaterials Science》期刊上。
所有晶格類型都是基于同一個晶胞在多個方向上重復(fù)復(fù)制以使結(jié)構(gòu)成為一個整體的重復(fù)單元，以下是按細(xì)胞類型劃分的晶格類型：
TPMS晶格
當(dāng)使用三角方程生成晶胞時，會創(chuàng)建三重周期最小曲面 ( TPMS ) 晶格。例如，“陀螺儀”TPMS 單元由單元內(nèi)的所有點組成，并適用以下等式：
sin(x)cos(y) + sin(y)cos(z) +sin(z)cos(x)=0
像這樣不同但相似的方程產(chǎn)生不同的 TPMS 晶格類型。
支柱晶格
支柱晶格（或梁狀晶格）由相互連接的梁組成，按照晶胞定義的各種模式連接。支柱可以通過立方體的頂點、邊和面連接，這些連接點的不同組合產(chǎn)生不同的類型。
平面晶格
平面晶格是最簡單的晶格類型，是在 3D 中擠壓 2D 晶胞時創(chuàng)建的。最常見的平面晶格類型是蜂窩結(jié)構(gòu)。
通過在不同方向隨機改變其參數(shù)，這些類型的格中的每一種也可以從周期性格變成隨機格。通過在每個方向上賦予結(jié)構(gòu)相似的屬性（使其各向同性），這在某些應(yīng)用中可能具有優(yōu)勢。
當(dāng)涉及到晶格生成軟件時，可能會遇到以下晶格類型：
- 二十面體：以空間中點的排列為特征的不規(guī)則晶格。
- 四面體：基于具有四個三角形面的四面體的晶格。每個頂點都通過邊連接到三個相鄰的頂點。
- 菱形：晶格中的晶胞為菱形（等長的四邊形），并且它們在其頂點或邊緣處連接到相鄰的晶胞。
- Voronoi：一種晶格，其中根據(jù)與一組種子點的接近程度將空間劃分為單元格。
-
Kagome：由三角形單元的重復(fù)模式組成的晶格結(jié)構(gòu)
要點 3. 在實際產(chǎn)品中應(yīng)用晶格結(jié)構(gòu)
許多不同的行業(yè)在設(shè)計新產(chǎn)品時都利用了晶格結(jié)構(gòu)的特性，近年來，以晶格結(jié)構(gòu)為關(guān)鍵特征的新應(yīng)用和新想法大量出現(xiàn)。下面列出了一些最令人興奮和創(chuàng)新的產(chǎn)品。
汽車
△DynamisPRC 電動賽車的 Puntozero 冷板（來源：nTop）
意大利產(chǎn)品開發(fā)機構(gòu) Puntozero 與 Formula SAE 團(tuán)隊 Dynamis PRC 合作，為其高壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計了這種不同尋常的冷板（見上圖）。基于螺旋形單元電池的變形版本，該冷板結(jié)構(gòu)比以前的設(shè)計輕了 25%，表面積增加了 300%。使用nTop 軟件設(shè)計。
醫(yī)療
△NanoHiveMedical 骨科植入物使用促進(jìn)骨骼生長的晶格結(jié)構(gòu)（來源：NanoHive Medical）
NanoHive Medical是一家美國公司，專門設(shè)計在手術(shù)中用于治療退行性脊柱疾病的獨特脊柱植入物。在這種情況下，晶格設(shè)計用于降低植入物的剛度，允許將更多的力傳遞到脊柱本身，從而減少鈦植入物周圍的骨萎縮。
膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)植入物中的晶格結(jié)構(gòu)已被證明可以促進(jìn)植入物中的骨組織生長，稱為骨整合。Bone& Joint Research 雜志最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，3D 打印的“鈦晶格植入物在部分或全膝關(guān)節(jié)置換后保持了脛骨近端的自然機械負(fù)荷，但傳統(tǒng)的固體植入物卻沒有。
△3D 打印植入物上的隨機晶格結(jié)構(gòu)可以使用 Genysis（左）和 nTop（右）等軟件進(jìn)行設(shè)計。
醫(yī)療植入物中的格狀結(jié)構(gòu)并不完全均勻，而是像海綿一樣。我們通常用來創(chuàng)建這種骨骼結(jié)構(gòu)的塊狀結(jié)構(gòu)類型稱為小梁晶格或隨機晶格。這些晶格稱為仿生小梁骨類型，并且在基本水平上基本上是隨機泡沫孔結(jié)構(gòu)。專業(yè)的計算機輔助設(shè)計 (CAD) 軟件使植入工程師能夠?qū)⑦@種類型的表面結(jié)構(gòu)應(yīng)用于金屬植入物。
體育器材
△可變晶格結(jié)構(gòu)使 3D 打印自行車座椅具有不同的支撐區(qū)域。前兩個，來自 Specialized 和 Fizik，都是用柔性樹脂在 Carbon 3D 打印機上打印的；Posedia 的第三個是為個人騎手定制的，并在 HP Multi-Jet Fusion機器上用 TPU 3D 打印（來源：Specialized、Fizik、Posedia）
自 2019 年推出Specialized lattice 自行車座墊以來，3D 打印自行車坐墊這一概念開始流行起來。一些自行車設(shè)備制造商已經(jīng)推出了他們自己的鞍座版本，這些鞍座拋棄了泡沫填充物并選擇了晶格結(jié)構(gòu)。這一進(jìn)步通過在不同區(qū)域 3D 打印不同的晶格形狀和尺寸來產(chǎn)生可變支撐。制造商吹噓這些鞍座的耐用性，以及提供通風(fēng)和易于清潔。Posedia Joyseat（上圖右）是為每位騎手定制和定制的，這是一種專門開發(fā)的泡沫塊，騎行者坐在上面根據(jù)其坐姿創(chuàng)造定制的骨骼寬度和重量分布。
頭盔是輕型和減震晶格結(jié)構(gòu)的另一個理想應(yīng)用場景，通常被稱為“數(shù)字泡沫”。它們已通過各種方法和材料應(yīng)用于NFL 橄欖球頭盔、 NHL曲棍球頭盔、奧林匹克雪橇頭盔和自行車頭盔。事實上，NFL 的 2023頭盔實驗室測試性能結(jié)果對市場上的一系列頭盔進(jìn)行了排名和評級，并將具有 3D 打印晶格結(jié)構(gòu)的兩款頭盔排在第一和第二位。
△3D 打印晶格結(jié)構(gòu)是頭盔中泡沫的理想替代品，具有出色的抗沖擊性（來源：Farsoon、Carbon、EOS）
Riddell 的橄欖球頭盔和Hexr的自行車頭盔是頭盔中兩種不同晶格結(jié)構(gòu)方法的例證。雖然兩者的設(shè)計都是為了盡可能有效地吸收沖擊力和保護(hù)使用者，但區(qū)別在于制造方法和晶格類型，以及運動方式。Hexr 頭盔主要采用平面六邊形晶格結(jié)構(gòu)，采用 SLS 打印技術(shù)生產(chǎn)，并使用堅硬的尼龍 6 材料制成。另一方面，Carbon Riddell 頭盔使用高阻尼 DLP 彈性體和由 140,000 多個獨立支柱制成的復(fù)雜多區(qū)域網(wǎng)格。該過程依靠 Riddell 的 Precision-fit 頭部掃描技術(shù)和 Carbon Lattice Engine 來設(shè)計適合每個球員頭部和位置的頭盔內(nèi)襯。
為了簡化材料、晶格形狀和應(yīng)用的匹配研發(fā)過程，特別是用于頭盔，美國陸軍發(fā)展指揮部士兵中心責(zé)成初創(chuàng)軟件公司General Lattice開發(fā)一個預(yù)測性建模工具集，以設(shè)計和生成基于真實世界數(shù)據(jù)的晶格材料。該工具集建立在1000多萬個物理數(shù)據(jù)點上，是一個可搜索的數(shù)據(jù)庫，允許用戶根據(jù)機械性能查詢晶格材料。GeneralLattice公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Nick Florek說："提供使用戶能夠預(yù)先了解晶格結(jié)構(gòu)的影響潛力的工具，可以降低誤用的風(fēng)險，并建立人們對 3D 打印能夠像宣傳的那樣交付的信心。"
盡管陸軍仍在堅持使用其工具集，但 General Lattice 有一個名為Frontier的公共版本，它提供了一個免費搜索的經(jīng)過驗證的機械性能數(shù)據(jù)庫，以支持用戶選擇最佳的晶格、材料和硬件組合。
換熱器
△GEAdditive 的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計的散熱器（來源：GE Additive）
增材制造可實現(xiàn)任何其他制造類型無法實現(xiàn)的幾何形狀，從而使更小、更高效的熱交換器成為可能。上面這個復(fù)雜的熱交換器由GE設(shè)計，用于優(yōu)化 900°C 二氧化碳的流動，是復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)與金屬增材制造相結(jié)合時可以實現(xiàn)的卓越性能的一個很好的例子。GE 在他們的設(shè)計中采用了仿生學(xué)方法，模仿人類肺部的特性以促進(jìn)有效的熱交換。Conflux等公司專門為各種行業(yè)專門設(shè)計使用晶格的 3D 打印熱交換器。
消費產(chǎn)品
△阿迪達(dá)斯運動鞋采用 3D 打印沖擊吸收網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（來源：Carbon）
Adidas Athletic Footwear 與 Carbon 3D 合作，于 2017 年推出了4DFWD鞋——這是采用 DLP 樹脂技術(shù)制造的一系列運動鞋中的最新款。這雙鞋的中底采用晶格結(jié)構(gòu)，旨在利用其定制的 FWD 單元推動跑步者前進(jìn)。
要點 4. 晶格結(jié)構(gòu)的局限性
△AntaresVersus Evo 00 Adaptive 座墊采用 Carbon 3D 打印機打印，具有經(jīng)過調(diào)整的晶格結(jié)構(gòu)區(qū)域，可提供最佳機械響應(yīng)（來源：Carbon）
盡管是一個強大且未得到充分利用的功能，但晶格結(jié)構(gòu)確實有一些局限性，認(rèn)真對待在實際產(chǎn)品中使用它們的工程師和設(shè)計師需要考慮這些局限性。
制造方法的經(jīng)濟(jì)性
盡管制造復(fù)雜非平面晶格結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法確實存在，但總的來說，它們不如增材制造方法有效。因此，在將晶格納入設(shè)計時，應(yīng)仔細(xì)考慮增材制造特有的經(jīng)濟(jì)性、時間尺度和材料選擇，尤其是在其他區(qū)域設(shè)計時考慮了注射成型等技術(shù)的情況下。
模擬過程復(fù)雜
當(dāng)涉及大型晶格結(jié)構(gòu)時，應(yīng)力模擬，尤其是那些使用有限元方法的模擬，可能需要大量計算。大多數(shù)方法（包括上面提到的幾個軟件包使用的方法）都涉及在整個結(jié)構(gòu)中推斷晶胞的屬性，但如果晶胞類型和大小差異很大，那么物理測試可能是準(zhǔn)確評估晶胞性能的唯一方法非常大和復(fù)雜的晶格設(shè)計的性能。
文件內(nèi)存大
同樣，當(dāng)將具有大晶格部分的零件設(shè)計轉(zhuǎn)換為 STL（無論好壞，它仍然是增材制造中最常用的文件類型）時，文件大小超過 500MB 甚至 1GB 是常見的。這通常意味著進(jìn)一步的處理和切片對于除了最強大的計算機之外的所有計算機來說都是一個緩慢而困難的過程。減小網(wǎng)格的大小當(dāng)然是可能的，但這會大大簡化單元，如果不小心操作，最終零件上會出現(xiàn)一些三角形單元。
晶胞類型有限
晶胞的類型是晶格結(jié)構(gòu)最重要的特征之一，并且決定了整個結(jié)構(gòu)將擁有的大部分不同特性，但大多數(shù)工程師和設(shè)計師可以輕松選擇的選項有限. 一些軟件包允許設(shè)計和創(chuàng)建新類型，但即使可以訪問這些程序，這也是一項高度專業(yè)化和技術(shù)性的任務(wù)。
要素 5. 生成晶格結(jié)構(gòu)的最佳軟件
在CAD 軟件中的晶格生成軟件和晶格特征是創(chuàng)建晶格結(jié)構(gòu)是一種常見的手段。與通常可用于 FDM 打印的各種切片程序相比，這些軟件程序可用于創(chuàng)建用于多種用途的晶格，而不僅僅是作為材料填充，并且通常不用于直接生成 G 代碼。
軟件選項中有廣泛的復(fù)雜性和功能，所以一定要有選擇性，下面列出了一些典型的軟件工具：
nTop
△nTop中新的場驅(qū)動設(shè)計使工程師能夠使用仿真結(jié)果作為設(shè)計參數(shù)來控制您的設(shè)計。在這種晶格結(jié)構(gòu)換熱器中，模擬工具表明，收緊晶格可以改善傳導(dǎo)，而在對流更重要的區(qū)域，晶格結(jié)構(gòu)會松散（來源：nTop）
nTop 提供多種晶格選項和功能，使其比許多 CAD 程序更快。由于該軟件基于隱式建模，其中 3D 幾何被定義為數(shù)學(xué)函數(shù)，而不是外表面和邊緣，因此工程師可以快速生成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（如晶格），同時為自動化設(shè)計循環(huán)提供所需的可靠性。
nTop 包含的點陣功能非常強大，幾乎可以完全控制點陣結(jié)構(gòu)的各個方面，包括定制晶胞的能力。基于現(xiàn)場的設(shè)計對于成熟的 CAD 用戶來說是一個需要熟悉的棘手概念，但是一旦克服了學(xué)習(xí)曲線，使用該套件進(jìn)行設(shè)計的可能性將是無窮無盡的。
nTop 具有該公司所謂的 GPU 加速功能，可以快速實現(xiàn)晶格結(jié)構(gòu)的實時可視化。該軟件使用戶能夠預(yù)覽設(shè)計更改并在幾秒鐘內(nèi)重建高度復(fù)雜的網(wǎng)格。用戶還可以調(diào)整空間中每個點的晶格周長，并將您的首選項保存在可重復(fù)使用的工作流程中。
Altair Sulis
去年，CAD 軟件巨頭 Altair 收購了一家英國小公司，該公司開發(fā)了一種名為 Sulis 的強大點陣工具。它現(xiàn)在是Altair公司的三個點陣產(chǎn)品之一，但卻是該公司最出色的點陣工具。Sulis 用于創(chuàng)建復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)和流體流動通道，用于航空航天、汽車、醫(yī)療和工業(yè)機械等一系列行業(yè)。它是一種 3D 打印設(shè)計軟件工具，具有專門為晶格化定制的隱式建模內(nèi)核和一鍵式晶格創(chuàng)建功能，Sulis使用戶能夠向模型添加輕量級結(jié)構(gòu)并微調(diào)它們的屬性，可以創(chuàng)建任何比例的復(fù)雜幾何體。
Altair公司表示：“由于Sulis 是專門為增材制造創(chuàng)建的 CAD 工具，工程師可以設(shè)計真正利用增材制造自由度的零件，釋放隱式幾何的力量并降低代價高昂的 3D 打印失敗的風(fēng)險。”
Sulis工具主要特征：
- 一鍵創(chuàng)建晶格
- 定制晶格結(jié)構(gòu)的屬性
- 晶胞類型范圍
- 流動路徑的實時視覺反饋
- 簡單的共形幾何
-
自支撐流體通道
Autodesk Fusion 360 & Netfabb
如果您已經(jīng)是 Autodesk 用戶，那么自 2022 年 1 月以來，F(xiàn)usion360 中已經(jīng)提供了一些晶格結(jié)構(gòu)選項，但為后期擴展預(yù)留了更廣泛的晶格生成模式。自 2022 年 9 月以來，Autodesk 將該晶格設(shè)計功能添加為所謂的“設(shè)計擴展”當(dāng)中，每年收費 595 美元，是 Fusion 360 年度訂閱價格的兩倍多。
盡管如此，標(biāo)準(zhǔn) Fusion 360 中的網(wǎng)格化工具仍然非常有用。該工具可以沿一個方向逐漸改變晶格單元，并且與大多數(shù)涉及挖空零件并添加晶格的程序不同，F(xiàn)usion360 允許其用戶單獨設(shè)計一個零件。用戶可以先創(chuàng)建一個晶格，然后在其上形成一個蒙皮，讓晶格單元結(jié)構(gòu)在靠近蒙皮時收縮，從而產(chǎn)生一個能夠有效將局部應(yīng)力從表面分布到內(nèi)部晶格的單元結(jié)構(gòu)。這就是最自然的生成路徑，以股骨頭的一部分為例：
△零件內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)示例（來源：Autodesk）
對于 Autodesk Netfabb 用戶來講（Netfabb 通過兩種產(chǎn)品捆綁到您的 Fusion 360 固定期限的使用許可中），可能已經(jīng)非常熟悉該軟降強大的晶格生成功能。就像這里提到的老軟件一樣，Netfabb的圖形用戶界面也很笨拙，但它仍然不失為一個功能強大的程序，可以生成非常復(fù)雜的點陣設(shè)計。它還具有非常方便的穿孔功能，可以在零件上打孔，從而輕松去除未使用的粉末或樹脂。要獲得更高級的 Netfabb 晶格化，需要訂閱 Fusion 360 with NetfabbPremium（包括挖空和晶格化），或 Fusion 360 with Netfabb Ultimate（包括更高級的優(yōu)化晶格工具）。
Carbon設(shè)計軟件
△3D 打印晶格結(jié)構(gòu)圖像：Carbon Design Engine
本文中的許多圖像都是來自 Carbon 3D 的真實晶格產(chǎn)品。這家硬件、材料和軟件公司的晶格化需求如此之大，并開始讓他們的晶格設(shè)計程序?qū)ν忾_源，這樣你幾乎可以在任何打印機上使用它。
這種基于云的晶格設(shè)計軟件可在一系列細(xì)胞類型中創(chuàng)建穩(wěn)健的共形晶格，但真正有用的設(shè)計功能類型僅適用于更昂貴的“Pro”版本，該版本在晶格類型之間引入了過渡和梯度設(shè)計。
這款設(shè)計軟件可讓精確控制產(chǎn)品中多個區(qū)域的性能特征，從而實現(xiàn)單一材料的大規(guī)模可調(diào)性。此功能利用不同的晶格單元類型、單元大小或支柱直徑來創(chuàng)建不同的性能區(qū)域。Design Engine 使用正在申請專利的技術(shù)來無縫混合區(qū)域，生成有吸引力的功能性網(wǎng)格，可隨時用于實際應(yīng)用。
Ultrasim 3D 晶格軟件
△BASFForward AM 的新型 Ultrasim 3D Lattice Engine 旨在為特定應(yīng)用在幾分鐘內(nèi)生成經(jīng)過驗證的晶格（來源：BASF Forward AM）
巴斯夫 Forward AM 將推出由Hyperganic 提供支持的 Ultrasim 3D Lattice Engine，這是一種用于迭代具有晶格圖案的設(shè)計的軟件解決方案——一種具有許多潛在應(yīng)用的工具。這款最新的軟件解決方案旨在從晶格中提取數(shù)學(xué)知識，讓探索不同的晶格幾何形狀變得更容易，并通過點擊應(yīng)用的方法更快地將它們實施到產(chǎn)品設(shè)計周期中。由總部位于慕尼黑的算法工程軟件公司 Hyperganic 提供支持的 Ultrasim 3D Lattice Engine為用戶提供了多種晶格圖案，每種圖案都針對不同的應(yīng)用組進(jìn)行了測試和驗證。
無論是設(shè)計新的鞋類產(chǎn)品還是防護(hù)運動設(shè)備，都有一種晶格幾何形狀可以滿足每種應(yīng)用的獨特要求。用戶可以訪問物理測試墊形式的大量晶格庫和機械特性的數(shù)字概覽。通過輸入所需的應(yīng)用領(lǐng)域，可以找到針對類似用例進(jìn)行驗證的點陣設(shè)計。從那里，該軟件使用隱式建模自動生成適合的設(shè)計參數(shù)的晶格部件，并為晶格生成一個 .stl 或 3mf 文件，最后可以打印和進(jìn)一步驗證。
Hyperganic 構(gòu)建軟件旨在設(shè)計出像自然界一樣復(fù)雜、實用、優(yōu)雅和可持續(xù)的對象。該公司表示：“我們的算法通過數(shù)字進(jìn)化過程生成零件、結(jié)構(gòu)和整臺機器。我們的技術(shù)支持在先進(jìn)的工業(yè) 3D 打印機上進(jìn)行輸出。自 2015 年以來，我們一直與世界各地的領(lǐng)先公司、工程師、設(shè)計師和科學(xué)家合作。”
Siemens NX
在西門子發(fā)布的 2022 版 NX 中，可以使用Simcenter 3D模擬對NX中的晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以在單一環(huán)境中推導(dǎo)出最佳晶格結(jié)構(gòu)，這消除了傳統(tǒng)上所需的多個設(shè)計分析步驟。
NX 是一款龐大而復(fù)雜的工程軟件，購買它不僅可以獲得點陣設(shè)計功能，還可以看到西門子為該應(yīng)用程序設(shè)計的擴展點陣選項。
Materialise 3-Matic
Materialise 憑借其強大的增材構(gòu)建Magics 準(zhǔn)備軟件包占據(jù)了強大的市場地位，而用于增材設(shè)計和數(shù)據(jù)優(yōu)化的 3-Matic自 2004 年以來一直存在。雖然一些大公司也經(jīng)常使用這款軟件并且其功能非常豐富，但它的晶格化功能很難使用，部分原因是它的 GUI 非常過時。如果晶格結(jié)構(gòu)的生成是所需的主要特征，則有更好、更便宜的選擇。
Altair Optistruct 和Inspire
盡管Optistruct的主要是結(jié)構(gòu)FEA 求解器、工程分析和優(yōu)化工具，但它仍然值得一提，因為它能夠使用其設(shè)計優(yōu)化功能集生成一系列不同的晶格類型。Altair的晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)建方法與眾不同，因為它與拓?fù)鋬?yōu)化過程有著內(nèi)在的聯(lián)系。在設(shè)計晶格后準(zhǔn)確模擬晶格的能力非常有用，但只有在其他目的也需要 Optistruct 求解器時才值得考慮該工具包。
Altair 的另一款名為Inspire 的軟件在 2020 年推出了晶胞晶格生成功能。AltairInspire 能夠為 3D 打印生成輕量級的晶胞晶格結(jié)構(gòu)，可以輕松編輯，評估不同設(shè)計變體的結(jié)構(gòu)性能時刻。
2022 年，Altair 收購了一家專注于專門用于晶格生成的工具的軟件公司，并提供了名為 Sulis 的解決方案，這一點在上文中對此進(jìn)行了介紹。
General Lattice
△GeneralLattice 的 Frontier 軟件提供了一個可搜索的經(jīng)過驗證的晶格機械性能數(shù)據(jù)庫（來源：General Lattice）
General Lattice 的Frontier 軟件（目前仍處于測試階段）提供了一個可搜索的經(jīng)過驗證的機械性能數(shù)據(jù)庫，以支持用戶選擇最佳晶格、材料和硬件組合以滿足特定應(yīng)用。用戶可以搜索、分析和訂購實物樣品以進(jìn)行實際評估，從而消除成本高昂的猜測和檢查工作流程。Frontier 表示它在晶格化設(shè)計功能相當(dāng)于提供了一個萬能搜索鍵，避免了用戶大海撈針，大大節(jié)省了時間、金錢和資源。
