ラティス構造を用いたアプリケーションと解析

ラティス構造を用いる目的の最たるものは軽量化です。
その中でも、今回は金型の入れ子のラティス化の研究を紹介します。

R. Mahshidら [1]は、金型の入れ子を4パターン（中実、中空、ラティス2種類）製作し、圧縮試験と解析結果の比較を行いました。

Fig.1 圧縮試験前

Fig.2 圧縮試験後

試験の結果、中実に対して中空は45.2%、ラティスは37.8%と37.1%の強度の減少となりました。
相対密度は中実を1とした場合、中空は0.7、ラティスは0.8です。

Fig.3 有限要素法による応力解析

Fig.4 応力-ひずみ曲線（実線：試験、破線：解析）

Fig.4は、実際の試験結果と解析結果を重ね合わせたグラフを示しています。
どのサンプルも試験と解析の結果がそれほど乖離していないことが確認できます。

この試験結果では中空とラティスの強度の差は10%程度ですが、線径を太くするなどしてラティスの密度を高めれば、強度も高まります。

そのため、要求される強度を実現可能な密度のラティスを、まず解析によって当たりをつけ、その後実際に試験を行い実証することが可能です。

金属3Dプリント（Metal Additive Manufacturing）で製作するラティスは、形状も密度も自由自在です。
しかし自由度が高いが故に迷ってしまうことも起こり得ます。
その際に解析を活用することで、設計に指針を与えることが可能となります。

参考文献

[1] Rasoul Mahshid, Hans Nørgaard Hansen, Klaus Loft Højbjerre, Strength analysis and modeling of cellular lattice structures manufactured using selective laser melting for tooling applications, Materials and Design, 2016; Vol.104: 276-283​​​​​​​