蜂窩陶瓷的設(shè)計(jì)演進(jìn)與3D打印

，將比例化的晶胞映射到其上。 每個(gè)支柱的直徑都可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，即使是單個(gè)零件，也可以使用不同的晶胞，從而能夠生成具有可變單位晶胞和可變支柱直徑的非結(jié)構(gòu)化晶格。

圖4 從左至右：徑向增長率為1.5的六面體網(wǎng)格

，用作代碼的輸入，使用八位桁架單胞生成的CAD模型，使用四十二面體單胞生成的CAD模型。

圖4 展示了一個(gè)帶有六面體單元的環(huán)形網(wǎng)格的簡單示例

，該網(wǎng)格輸入到開發(fā)的設(shè)計(jì)工具中。合成八角形桁架和結(jié)構(gòu)，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換成STEP文件，該文件包含代替每個(gè)結(jié)點(diǎn)的球體和表示晶格支柱的圓柱體。 輸出的STEP文件可用于計(jì)算機(jī)仿真，也可以轉(zhuǎn)換為STL格式進(jìn)行3D打印。

圖5 翼型形式的3D非結(jié)構(gòu)化晶格，晶胞大小可變

。

基于Voronoi的設(shè)計(jì)

Voronoi結(jié)構(gòu)是通過根據(jù)與一組特定點(diǎn)的距離將空間劃分為多個(gè)區(qū)域而獲得的

。Voronoi鑲嵌被廣泛用于描述細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形態(tài)。帶有Grasshopper插件的Rhinoceros用于實(shí)現(xiàn)Voronoi鑲嵌。

圖6 晶胞大小可變的Voronoi結(jié)構(gòu)（a）Voronoi 晶胞邊緣（b）沿Y軸的孔徑分布

。

圖6表示沿一個(gè)或多個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)晶胞大小梯度。在相同的體積中可以生成具有不同孔隙率和孔徑的Voronoi結(jié)構(gòu)

。研究人員模仿自然界中發(fā)生在不同晶體的晶界上的情況（其中，如圖7多余的原子被隨機(jī)放置在兩者之間），生成一個(gè)加入不同周期性結(jié)構(gòu)的程序。

圖7 原子在兩個(gè)方向不同的格子（紅色和藍(lán)色）之間的晶界處隨機(jī)排列（綠色）示意圖

。

圖8 （a）從不同輸入種子點(diǎn)生成Voronoi的2D圖（b）由隨機(jī)Voronoi 組成的多晶格結(jié)構(gòu)2D圖

。

圖9 基于Voronoi 結(jié)構(gòu)的不同視圖，該結(jié)構(gòu)是六面體

，立方，旋轉(zhuǎn)的立方體和附著在六面體蜂窩上的隨機(jī)單元（以紅色顯示）的組合。

將這種方法擴(kuò)展到3D Voronoi圖

，可以獲得立方，旋轉(zhuǎn)立方，六邊形和四正十二面體晶格結(jié)構(gòu)