Memperkuat Bagian Cetakan 3D dengan Perutean Serat yang Efisien:Bagian 1
Catatan Editor:Ini adalah Bagian Pertama dari seri teknik perutean serat yang efisien menggunakan printer 3D Markforged. Jika Anda tidak terbiasa dengan printer dan tertarik untuk mempelajari lebih lanjut, silakan hubungi kami di sini. Setelah Anda selesai dengan posting ini, silakan lanjutkan dengan Bagian Dua di sini!
Jenis Isi Serat
Printer 3D berkekuatan tinggi kami memberi Anda dua strategi pengisian serat yang berbeda untuk memperkuat komponen cetak 3D:Serat Isotropik atau Serat Konsentris. Anda dapat menerapkan dua opsi ini secara global di halaman Tampilan Bagian, atau lapisan demi lapisan di halaman Tampilan Internal. Proses pencetakan 3D yang diperkuat yang unik memberi pengguna berbagai taktik penguatan untuk dipilih:setiap jenis isian memiliki kekuatan dan kelemahannya sendiri, yang kami jelaskan di bawah ini. Jika Anda tidak memiliki printer Markforged dan ingin bereksperimen dengan beberapa tips yang tercantum di bawah, dapatkan uji coba Eiger untuk mencoba sendiri taktik ini.
Pertama, beberapa konvensi penamaan standar sehingga semua orang berada di halaman yang sama. Saya akan sering mengacu pada kekuatan di berbagai sumbu dan bidang, jadi gunakan kunci ini sebagai panduan:
Penguatan Isi Konsentris
Isi Konsentris hanya melacak sejumlah cangkang tertentu di dalam kontur luar bagian Anda, yang membantu memperkuat dari menekuk di sekitar sumbu Z. Dengan demikian, pada dasarnya memperkuat dinding bagian, mencegah dinding berubah bentuk.
Pengisian Konsentris cenderung memakan waktu lebih lama karena pergerakan kepala cetak tidak lagi linier dan oleh karena itu kepala cetak harus mengurangi kecepatan untuk mempertahankan pelacakan jalur pahat yang akurat di sekitar kurva. Dalam jenis isian ini, kepala cetak mengikuti lengkungan luar bagian saat berputar ke dalam, jadi semakin rumit lengkungan itu, semakin lama waktu yang dibutuhkan. Saat menggunakan isian konsentris, Anda dapat menentukan berapa banyak cincin serat yang ingin Anda jiplak garis luar bagian Anda, sehingga Anda memiliki kontrol yang baik atas berapa banyak serat yang Anda gunakan per lapisan.
Penguatan Isi Isotropik
Printer 3D serat kontinu kami juga dapat mencetak dalam pola isotropik Fiber – ini mensimulasikan lapisan searah individu dari komposit laminasi tradisional. Pola ini secara efektif menciptakan 'lembaran' serat searah pada setiap lapisan yang Anda terapkan dengan merutekan semua serat sejajar satu sama lain dalam orientasi sudut tunggal, dengan putaran 180 derajat saat jalur mencapai tepi bagian. Lapisan Serat Isotropik berikutnya dalam kelompok serat secara otomatis diputar oleh Eiger pada sudut 45 derajat terhadap orientasi serat pada lapisan sebelumnya, meskipun pola orientasi khusus tentu memungkinkan, yang akan kita bahas di Bagian Dua dari posting ini. Pola pengisian Serat Isotropik membantu menahan pembengkokan pada bidang XY karena setiap gaya tekuk yang diterapkan pada bidang tersebut akan menghasilkan beban tarik pada setidaknya beberapa serat, yang paling kuat dalam tegangan. Serat Isotropik juga dapat digunakan untuk memasang panel sandwich untuk meningkatkan kekuatan puntir pada bidang tersebut, yang akan saya jelaskan nanti.
Satu hal yang mungkin Anda perhatikan adalah bahwa serat isotropik secara default menempatkan 2 cincin serat konsentris di sekitar bagian luar. Ini memastikan permukaan luar yang diperkuat dengan mulus karena serat terluar selalu kontinu dan sejajar dengan tepi bagian. Meskipun serat isotropik sangat bagus untuk memperkuat seluruh bidang setiap bagian, serat ini menghabiskan banyak waktu dan serat, dan tidak selalu diperlukan untuk membuat bagian yang kuat.
Teknik Perutean Serat Dasar
Dengan dua opsi perutean serat ini di kotak peralatan Anda, sekarang ada banyak opsi penguatan berbeda yang memanfaatkan dan menggabungkan kedua opsi. Teknik ini dapat membantu Anda menghemat uang, bahan, dan waktu pencetakan dengan memungkinkan Anda untuk memperkuat hanya kapan dan di mana Anda membutuhkannya.
Panel Sandwich Tunggal
Panel sandwich adalah teknik layup komposit umum untuk memperkuat torsi di sekitar permukaan yang dibuat oleh lembaran komposit. Seperti yang dijelaskan dalam posting blog ini, panel sandwich adalah komposit yang setara dengan balok-I, dengan bahan yang kaku dan kuat yang membentuk bagian atas dan bawah suatu bagian – bidang atas dan bawah mengalami tegangan tekuk paling besar sehingga sering yang paling diperkuat. Jika Anda tahu bahwa bagian Anda akan mengalami torsi pada bidang XY, panel sandwich akan meningkatkan kekuatan torsi bagian tersebut.
Perangkat lunak kami akan secara otomatis menghasilkan panel sandwich setelah "Gunakan Fiber" dipilih. Namun, ini hanya boleh diterapkan jika bagian Anda simetris, karena akan meletakkan serat di beberapa lapisan atas dan bawah bagian Anda. Pada gambar di bawah, perhatikan bagaimana bagian atas tuas rem sebenarnya adalah ekstrusi kecil, jadi serat perlu ditambahkan secara manual. Lebih masuk akal untuk menempatkan serat di bawah permukaan terbesar di dekat bagian atas. Secara umum, yang terbaik adalah memiliki panel sandwich yang terdiri dari lapisan dengan luas penampang yang sangat mirip.
Agar sandwich menjadi rata, pastikan bahwa ada jumlah lapisan isotropik yang sama di permukaan atas dan bawah yang ingin Anda perkuat. Panel sandwich harus rata, atau jika tidak, bagian Anda akan lebih kuat dalam menekuk ke satu arah dan tidak ke arah lain, dan mungkin lebih mudah patah atau melengkung ke satu arah. Semakin banyak lapisan serat yang Anda miliki di kedua sisi dan semakin jauh jarak sandwich, semakin kuat bagian Anda. Lapisan serat isotropik di tengah bagian Anda tidak akan terlalu berpengaruh pada kekuatan tekukan bagian, jadi tidak perlu mengemas seluruh bagian dengan serat untuk memberikan kekuatan dalam tekukan.
Perimeter Serat
Sementara panel sandwich meningkatkan kekuatan di sekitar bidang XY, membuat Perimeter Fiber akan membuat bagian Anda lebih kuat di sekitar sumbu Z. Dengan menggunakan opsi Isi Konsentris pada setiap lapisan bagian Anda, Anda dapat meningkatkan kekuatan dalam menekuk di sekitar sumbu Z. Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, Concentric Fill memperkuat dinding bagian Anda, jadi membuat perimeter serat di dalam bagian Anda membuat dinding itu lebih sulit untuk ditekuk. Inilah sebabnya mengapa banyak material teknik berbentuk saluran atau tabung C alih-alih balok:untuk mengurangi berat tetapi menghemat kekuatan.
Untuk mengatur Perimeter Serat di bagian Anda, gunakan isian konsentris pada lapisan yang ingin Anda perkuat. Dengan menambah jumlah cincin konsentris atau menambah lapisan di mana cincin konsentris digunakan, Anda dapat meningkatkan kekuatan bagian di sekitar sumbu Z. Tuas rem di bawah akan mengalami tegangan lentur pada sumbu Z, jadi saya telah memperkuat setiap lapisan dengan 3 cincin serat konsentris untuk memaksimalkan kekakuan. Sama seperti panel sandwich, bagian tengah menghadapi tegangan tekuk paling sedikit, sehingga bagian tersebut tidak perlu diperkuat dengan cincin sampai ke tengah.
Menembaki
Bagaimana jika bagian Anda perlu meningkatkan kekakuan lentur pada setiap sumbu, atau Anda tidak tahu bagaimana mereka akan dimuat? Anda dapat memperkuat bagian dari melenturkan pada setiap sumbu dengan menggabungkan kedua teknik ini. Dengan panel sandwich di bagian atas dan bawah dan cangkang serat di antaranya, kekuatan lentur bagian Anda ditingkatkan pada setiap sumbu. Braket motor untuk aplikasi robotika tugas berat ini harus kuat, tetapi mungkin mengalami beban dari segala arah, jadi hal seperti ini perlu diperkuat dari semua sisi.
Saya ingin ini menjadi bagian yang sangat kuat, jadi saya memilih 20 lapisan panel sandwich serat isotropik (10 per sisi). Namun, karena ekstrusi lubang baut di bagian atas, saya perlu menyesuaikan "panel" serat atas dan meletakkannya di bawah permukaan atas bagian.
Bilah di bagian bawah memungkinkan Anda untuk mengontrol berbagai bagian serat dan menampilkan berapa banyak serat yang dimiliki setiap lapisan, dinormalisasi ke jumlah serat terbesar. Pada gambar di atas, Anda dapat melihat dua bagian penguat serat untuk panel sandwich isotropik sederhana. Sekarang saya dapat memilih wilayah tengah di antara dua "panel", membuat grup, dan mengatur perutean serat ke Isi Serat Konsentris dengan 2 cincin serat konsentris.
Bagian ini sekarang diperkuat secara efisien dalam pembengkokan melalui penggunaan Isi Serat Isotropik dan Konsentris. Dengan memahami bagaimana setiap jenis konfigurasi pengisian serat memperkuat bagian, Anda dapat mengembangkan trik sederhana seperti ini untuk meningkatkan kinerja bagian dan waktu cetak tanpa membuang serat yang tidak perlu. Nantikan bagian kedua dari pos ini, di mana kita akan membahas teknik yang lebih canggih untuk mengoptimalkan kekuatan bagian dengan orientasi serat!
Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut? Minta Percobaan Eiger untuk bereksperimen dengan perangkat lunak dan opsi penguatan serat kami. Lihat juga Bagian Dua dari posting ini, dengan teknik perutean serat yang lebih canggih!
