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如何高效率选择纤维路径选项提升零件强度
发表时间:2018-5-24

高级纤维路径铺设技术
考虑到您的制造方法是必不可少的,3D打印设计与其他制造工艺的设计一样重要,特别是在使用markforged高强度3D打印机的时候。有一些几何图形和技术非常适合利用3D打印技术进行制造,而其他工艺则显得不是那么重要 - 我们希望您考虑如何有效地使用我们独特的纤维布线方法来提高3D打印零件的强度。上一篇文章介绍了一些基本的纤维铺设技术,包括夹心板,同心轴加固和外壳加固技术,简要阐述了不同的加固方案以及如何使用它们。在本文中,我将重点详细介绍以上几种纤维铺设技术,以展示如何更高效的利用这类技术来帮助您提升零件强度。
针对特定的受力方向进行优化
虽然同心轴纤维铺设方式可以在零件外轮廓边缘进行纤维加固,但有时需要针对特定方向或加载情况进行特殊加固。在许多情况下,根据已知的装载条件,您可能需要在零件的局部区域进行独立纤维加强。使用我们的“纤维角度”选项,您可以通过沿该方向对齐纤维,从而有效地提高零件的强度。传统的复合材料由许多复合纤维层组成,并且在每层中纤维以特定方向或“纤维角度”排列。为了制造均匀的复合纤维板,每一层都从前一个角度旋转一个特定的角度,直到最终整个复合材料片材是“准”各向同性的。

 (传统碳纤维铺层组合物,每层具有不同的纤维角度)

如果您需要在特定方向上加大强度,而不是不断旋转纤维铺设方向,您可以将它们全部设置为沿着一个或几个关键的方向进行铺设。因为纤维与零件的加载条件一致,从而可以优化零件在该方向上的强度。下面的零件是无人机臂,主要需要沿臂长加固以防止弯曲。默认情况下,当您使用各向同性填充进行加固以模拟准各向同性纤维铺设时,纤维角度将会进行旋转。
为了有效地加强这个零件,您可以编辑各向同性填充零件的设置(在外部或内部视图中),并将每个加固层的光纤角度设置为0。您可以对一组纤维或单一纤维层进行设置。这将最大限度地增加零件沿臂长方向的强度。

(通过调整特定层或组的纤维角度,可以优化零件在特定方向的强度)

这种技术也可以扩展到多个方向 - 如果有两个主要方向需要加固,您可以将纤维角度设置为在两个方向之间切换铺设,以使得零件在两个方向的硬度都很强。

(您还可以设置纤维角度以指定的角度进行旋转铺设)

纤维条纹
纤维条纹需要多个堆叠的夹心板以进一步加强零件在XY平面上的抗弯曲力。如果您的零件厚度较厚且横截面相当一致,则可以使用纤维条纹进一步加强零件,使其叠加夹心板,从而使其具有更加一致的纤维增强特性和更强的抗扭曲力。

(通过叠加夹心板,纤维条纹可以在平面弯曲中实现更高的抗扭强度)

选择性加固
虽然纤维条纹和外壳加固通常对规则体的横截面能起到最佳作用,但有时候加强零件的特定截面或局部特征比用均匀间隔的纤维条纹方式加强更有意义。在这种情况下,需要考虑一些特殊情况以保证夹心板仍可均匀分布。我们可以将STS Turbo公司的摩托车尾部挂脚座下面的零件拆分为两部分:顶翼部分,防止骑乘者的脚太靠近后轮胎悬挂;承重支架,用螺栓孔安装脚钉并安装到摩托车的其余部分。

(零件的每个部分都需要不同的加固方案 - 跨越零件高度的夹心板不会起到作用)

零件需要质地坚硬并且耐弯曲,但标准夹心板不会以我们所需的方式加固零件 - 将纤维添加到最上层,最下面的层会产生不均匀的夹心板并导致零件损坏。为了解决这个问题,我们可以设置夹心板的两个想多平坦部分 - 一个夹住零件的“护腿”部分,一个夹住零件的安装支架部分。这被称为选择性加固 - 我们正在定义需要加固的特定区域,并确保每个区域都有夹心板。

(每个截面都使用平衡夹心板来增加零件强度,以优化钢筋)

然后该零件需要在螺栓孔周围近一步加强,以局部改善零件强度并支撑施加到脚钉的重量,该脚钉是栓紧在零件顶部的脚钉间隔件结。
组合
Eiger软件提供的层级控制粒度允许您以多种方式进行有效加强,您可以利用多种不同方式合并使用来加固所需零件。
上面所使用的脚钉安装示例就是一种有效的纤维布线方法,可用于选择性加固方式来抵抗平面内弯曲,但可能需要更高的强度才能获得可靠和稳健的解决方案。该零件的机翼部分本身并不承重,但能抵抗平面内的弯曲,而带安装图形的部分将承受来自螺栓的压缩载荷并承受其扭转载荷,因为脚钉将承受外部压力。 我要在沉头孔的下面添加一段层来加固螺栓孔。 这部分纤维在其区域内相对居中,所以仅添加一层夹心板即可。

(碳纤维的中央面板既加强了螺栓孔,又提供了额外的抗弯强度)

接下来,我要将零件的较低区域罩起来,以提高其绕Z轴抗弯曲的强度,以帮助抵抗外在施加的压力。最后,我要添加同心轴纤维到零件顶部的区域中。这可以提高零件的抗压强度,并且可以提高零件的抗扭强度,防止脚钉扭曲并从孔中钻出。

(这个零件现在已经通过多种技术加强,以提高不同领域的零件强度)

(具有优化后的3D打印脚钉固定架) 

亿达四方公司背景:

北京亿达四方信息技术有限公司作为美国Stratasys公司授权经销商,为北京奔驰提供Stratasys F123系列3D打印机的选型和技术服务,为了给广大客户提供更加专业和完善的3D打印解决方案,亿达四方公司成立了子公司——华融普瑞(北京)科技有限公司作为各个行业最专业3D打印设备及材料定制研发供应商,欢迎客户咨询洽谈: www.3dpways.com  Tel:400-707-5008

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