Centrele de prelucrare aditivă de la INCDMTM, UTCN, COMOTI și Upit au elaborat în cadrul proiectului DigiTech 77PCCDI încă din 2018, o metodologie de proiectare, optimizare și integrare a structurilor celulare de tip rețea, bazată pe înțelegerea principiilor tehnice ale proceselor de fabricare aditivă a metalelor, polimerilor și compozitelor și combinarea acestora cu instrumentele de proiectare computerizată și cerințele de performanță ale aplicației.
În cadrul acestei metodologii s-au elaborat și implementat structuri tridimensionale mici, formate dintr-o rețea de noduri și bare pentru a reduce semnificativ greutatea, odată cu păstrarea integrității structurale. Datorită caracteristicilor lor dimensionale foarte mici, aceste rețelele sunt dificil sau chiar imposibil de fabricat prin metode convenționale.
Principalele avantaje ale integrării rețelelor celulare în structura componentelor specifice celor trei domenii, medical, aerospațial și auto, sunt:
- obținerea unor caracteristici unice predefinite ale acestora, cum sunt modurile de deformare, eficiența materialelor de prelucrat, estetica etc., prin corelarea parametrilor rețelei cu solicitările mecanice ale pieselor;
- raportul mare dintre rezistența mecanică și greutate permite realizarea unor arhitecturi extraordinare, cu geometrii complexe și structuri posibile doar prin fabricație aditivă;
- beneficiile mecanice ale structurilor celulare, cum sunt suprafața mare, absorbția foarte bună a șocurilor, protecția la impact etc., permit realizarea unor produse cu performanțe ridicate;
- suprafețele mari ale structurilor celulare de tip rețea facilitează schimbul de căldură și reacțiile chimice; - eliminarea zgomotului mecanic, cum ar fi vibrațiile;
- rigiditate redusă, utilă în cazul unor sisteme precum paletele de compresor, turbina sau aripile avioanelor deoarece mai multă masă preia efortul, și capacitate de a rezistența la încărcări mari;
- rafinarea proiectării pentru aplicații specifice.
Cele mai importante aspecte analizate pe parcursul implementării proiectului DigiTech includ: forma unităților celulare din rețea, dimensiunea și densitatea unității celulare, selecția materialului și orientarea unității celulare. Structurile celulare analizate au fost: cub, cub cu fețe centrate, octet, hexagon și tetraedru. Mărimea și densitatea celulei se referă la dimensiunea unei unități celulare și la numărul de celule care se repetă într-un spațiu. Dimensiunea unității celulare depinde de grosimea și lungimea barelor și a nodurilor de conectare a acestora. S-a constatat că celulele mai mari sunt mai ușor de prelucrat, dar au un comportament mai rigid, în timp ce, celulele mai mici au un comportament mai omogen, dar sunt limitate de dimensiunile caracteristicilor lor.
Pentru că în experimentele Digitech s-au prelucrat structuri celulare din materiale plastice și metalice s-a constatat că materialele plastice permit fabricarea unor celule mai mici și mai dense pentru a evita căderea în timpul prelucrării, în timp ce materialele metalice permit fabricarea unor structuri cu elemente mai subțiri și dimensiuni mai mari ale celulei. Orientarea celulelor în volumul de construcție poate afecta succesul procesului de fabricare, deoarece influențează cantitatea și amplasarea structurilor suport, care susțin materialul în timpul fabricației pentru a nu ceda. În general, o rețea bine orientată este auto portantă și nu necesită suporți. Rețelele alcătuite din unități celulare repetate pot fi utilizate într-o gamă largă de dimensiuni și forme pentru o mulțime de aplicații însă complexitatea lor geometrică le face imposibil de realizat prin altă metodă de prelucrare decât cea aditivă. Echipa DigiTech este specializată în maximizarea potențialului inovator al tehnologiei de prelucrare aditivă a materialelor metalice, plastice și compozite prin sinterizare cu laser pentru dezvoltarea unor produse performante cu structuri de tip rețea incluse. De aceea, pentru cine nu a conceput niciodată o structură celulară de tip rețea, este recomandat să consulte un expert din cadrul echipei de implementare.