Mengoptimalkan Kekuatan Bagian Cetak 3D dengan Perutean Serat Efisien – Bagian 1

Catatan Editor: Ini adalah Bagian 1 dari seri komprehensif tentang perutean serat efisien dengan printer 3D Markforged. Jika Anda baru dengan platform Markforged dan ingin mempelajari lebih lanjut, hubungi kami di sini. Setelah menyelesaikan posting ini, jelajahi Bagian 2 untuk teknik lanjutan.

Jenis Pengisian Serat

Printer 3D berkualitas tinggi kami menyediakan dua strategi pengisian serat yang berbeda untuk memperkuat bagian: Serat Isotropik dan Serat Konsentrik. Opsi ini dapat diterapkan secara global pada halaman Tampilan Bagian atau berdasarkan lapisan pada halaman Tampilan Internal. Setiap tipe pengisian menawarkan karakteristik penguatan yang unik—lihat detail di bawah. Jika Anda tidak memiliki printer Markforged, Anda tetap dapat menguji taktik ini dengan uji coba Eiger.

Pertama, beberapa konvensi penamaan standar sehingga semua orang sama. Saya akan merujuk kekuatan pada sumbu dan bidang yang berbeda dengan sering, jadi gunakan kunci ini sebagai panduan:

Penguatan Pengisian Konsentrik

Pengisian Konsentrik melacak sejumlah cangkang tertentu dalam kontur luar bagian Anda, memperkuat dinding bagian terhadap lentur di sekitar sumbu Z. Karena kepala cetak mengikuti keliling luar saat berputar ke dalam, geraknya non-linier dan kepala harus melambat untuk melacak jalur alat yang akurat, yang meningkatkan waktu pembangunan. Anda dapat menentukan berapa banyak cincin konsentrik yang ingin Anda lacak, memberikan kontrol yang tepat atas penggunaan serat per lapisan.

Penguatan Pengisian Isotropik

Printer serat berkelanjutan kami juga dapat menghasilkan pola pengisian Serat Isotropik yang meniru lapisan unidireksional dari komposit laminat tradisional. Setiap lapisan terdiri dari satu orientasi sudut serat paralel, dengan putaran 180° di tepi. Lapisan isotropik berikutnya secara otomatis diputar 45° oleh Eiger, meskipun pola orientasi kustom memungkinkan (lihat Bagian 2). Serat Isotropik menahan lentur di bidang XY karena gaya yang diterapkan menghasilkan beban tarik pada setidaknya beberapa serat, yang unggul dalam tarik. Ini juga dapat digunakan untuk membangun panel sandwich yang meningkatkan kekuatan torsi pada bidang tersebut.

Secara default, serat isotropik menambahkan dua cincin konsentrik di sekitar permukaan luar, memastikan eksterior yang diperkuat halus. Sementara metode ini memperkuat seluruh bidang setiap lapisan, ini intensif serat dan waktu, dan mungkin tidak selalu diperlukan untuk mencapai bagian yang kuat.

Teknik Perutean Serat Dasar

Dengan dua opsi perutean serat ini dalam kotak alat Anda, Anda dapat menggabungkannya untuk menargetkan jalur beban tertentu, menghemat bahan dan waktu cetak sambil memaksimalkan kekuatan.

Panel Sandwich Tunggal

Panel sandwich adalah susunan komposit umum yang meningkatkan ketegalan torsi di sekitar permukaan yang dibentuk oleh lembar komposit. Bayangkan sebagai setara komposit dari balok I, di mana lapisan atas dan bawah menahan beban lentur paling banyak. Jika bagian Anda akan mengalami torsi di bidang XY, panel sandwich akan secara signifikan meningkatkan kekuatan torsi.

Perangkat lunak kami secara otomatis menghasilkan panel sandwich saat “Gunakan Serat” dipilih, tetapi bekerja paling baik pada bagian simetris di mana lapisan atas dan bawah cocok. Dalam contoh, permukaan atas tuas rem adalah ekstrusi kecil, jadi kami secara manual menambahkan serat di bawah permukaan atas terbesar. Umumnya, panel sandwich harus terdiri dari lapisan dengan luas penampang yang serupa.

Untuk menjaga keseimbangan sandwich, pastikan jumlah lapisan isotropik yang sama pada permukaan atas dan bawah yang ingin Anda perkuat. Sandwich yang tidak seimbang menghasilkan ketegalan lentur asymmetris, yang dapat menyebabkan kericauan atau kegagalan dini. Semakin banyak lapisan yang Anda tempatkan di setiap sisi dan semakin jauh panel sandwich, semakin kuat bagian. Serat yang ditempatkan di tengah bagian memiliki dampak lebih kecil pada kekuatan lentur, jadi mengisi seluruh interior sepenuhnya tidak perlu.

Perimeter Serat

Sementara panel sandwich memperkuat bidang XY, perimeter serat memperkuat bagian di sekitar sumbu Z. Dengan menerapkan Pengisian Konsentrik pada setiap lapisan, Anda meningkatkan ketegalan dinding terhadap lentur tentang sumbu Z. Pendekatan ini mencerminkan praktik teknik menggunakan saluran C atau tabung alih-alih blok padat untuk mengurangi berat sambil mempertahankan kekuatan.

Untuk menyiapkan perimeter serat, pilih Pengisian Konsentrik pada lapisan yang ingin Anda perkuat. Menambah jumlah cincin konsentrik atau memperluas pengisian konsentrik ke lebih banyak lapisan meningkatkan kekuatan sumbu Z. Dalam contoh tuas rem, kami memperkuat setiap lapisan dengan tiga cincin konsentrik untuk memaksimalkan ketegalan, sambil membiarkan interior tanpa penguatan karena mengalami lentur paling sedikit.

Pengupasan Cangkang

Ketika bagian harus menahan fleksi ke semua arah—atau ketika jalur beban tidak pasti—gabungkan panel sandwich dengan cangkang serat intermediate. Desain yang dihasilkan memberikan kekuatan lentur pada setiap sumbu. Misalnya, braket motor untuk robotika berat membutuhkan penguatan yang kuat dari semua sisi.

Dalam kasus ini, kami memilih 20 lapisan pengisian sandwich isotropik (10 per sisi) untuk mencapai bagian yang sangat kuat. Karena permukaan atas memiliki ekstrusi lubang baut, kami memindahkan panel atas untuk berada di bawah permukaan atas.

Bar di bawah tampilan internal memungkinkan Anda memantau penggunaan serat untuk setiap bagian, dinormalisasi ke jumlah maksimum. Di sini kita melihat dua wilayah yang diperkuat serat terpisah untuk panel sandwich isotropik sederhana. Dengan memilih wilayah tengah di antara dua panel, mengelompokkannya, dan menetapkan Pengisian Serat Konsentrik dengan dua cincin, kami menciptakan strategi penguatan multi-sumbu yang efisien.

Dengan pemahaman yang jelas tentang mekanisme penguatan setiap tipe pengisian, Anda dapat menerapkan trik sederhana namun canggih—seperti kombinasi di atas—untuk meningkatkan kinerja bagian dan mengurangi waktu cetak tanpa membuang serat.

Tertarik mempelajari lebih lanjut? Minta uji coba Eiger untuk bereksperimen dengan perangkat lunak dan opsi penguatan serat kami. Juga lihat Bagian 2 untuk teknik perutean serat lanjutan!