효율적인 섬유 라우팅으로 3D 인쇄 부품 강화:1부

편집자 주:이것은 Markforged 3D 프린터를 사용한 효율적인 광섬유 라우팅 기술에 대한 시리즈의 1부입니다. 프린터에 익숙하지 않고 더 자세히 알고 싶다면 여기로 문의하십시오. 이 게시물을 마치면 여기에서 2부로 자유롭게 넘어가세요!

섬유 충전 유형

당사의 고강도 3D 프린터는 3D 인쇄 부품을 강화하기 위해 등방성 섬유 또는 동심 섬유의 두 가지 섬유 충전 전략을 제공합니다. 부품 보기 페이지에서 이 두 가지 옵션을 전체적으로 적용하거나 내부 보기 페이지에서 레이어별로 적용할 수 있습니다. 독특한 강화 3D 프린팅 프로세스는 사용자가 선택할 수 있는 다양한 강화 전술을 제공합니다. 각 채우기 유형에는 고유한 강점과 약점이 있으며 아래에서 설명합니다. Markforged 프린터가 없고 아래 나열된 몇 가지 팁을 실험해보고 싶다면 Eiger 시험을 통해 이러한 전술을 직접 시도해 보십시오.

첫째, 모든 사람이 같은 페이지에 있도록 몇 가지 표준 명명 규칙. 다른 축과 평면의 강도를 자주 언급할 것이므로 이 키를 가이드로 사용하십시오.

동심 충전 보강

Concentric Fill은 부품의 외부 윤곽 내에서 특정 수의 쉘을 추적하기만 하면 Z축을 중심으로 구부러지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 이렇게 하면 기본적으로 부품의 벽이 강화되어 벽이 변형되는 것을 방지할 수 있습니다.

동심 채우기는 프린트 헤드의 움직임이 더 이상 선형이 아니기 때문에 더 오래 걸리는 경향이 있습니다. 따라서 프린트 헤드는 곡선 주위의 정확한 도구 경로 추적을 유지하기 위해 속도를 줄여야 합니다. 이 채우기 유형에서 프린트 헤드는 안쪽으로 나선형으로 부품의 외부 곡률을 따르므로 곡률이 복잡할수록 더 오래 걸립니다. 동심 채우기를 사용할 때 부품의 윤곽을 추적할 섬유 링의 수를 지정할 수 있으므로 레이어당 사용 중인 섬유의 양을 잘 제어할 수 있습니다.

등방성 충전 보강

당사의 연속 섬유 3D 프린터는 등방성 섬유 채우기 패턴으로도 인쇄할 수 있습니다. 이는 기존의 적층 복합 재료의 개별 단방향 레이어를 시뮬레이션합니다. 패턴은 경로가 부품의 가장자리에 도달할 때 180도 회전하면서 단일 각도 방향으로 모든 섬유를 서로 평행하게 라우팅하여 적용한 각 레이어에 단방향 섬유 '시트'를 효과적으로 만듭니다. 섬유 그룹의 후속 등방성 섬유 레이어는 이전 레이어의 섬유 방향에 대해 45도 각도로 Eiger에 의해 자동으로 회전되지만 사용자 지정 방향 패턴은 확실히 가능하며 이 게시물의 2부에서 다룰 것입니다. 등방성 섬유 채우기 패턴은 XY 평면에 가해지는 굽힘력이 인장에서 가장 강한 섬유 중 적어도 일부에 인장 하중을 생성하기 때문에 XY 평면에서 굽힘에 저항하는 데 도움이 됩니다. 등방성 섬유는 나중에 설명하는 평면의 비틀림 강도를 높이기 위해 샌드위치 패널을 설정하는 데에도 사용할 수 있습니다.

한 가지는 등방성 섬유가 기본적으로 부품 외부 주위에 2개의 동심 섬유 링을 배치한다는 것입니다. 이것은 가장 바깥쪽 섬유가 항상 연속적이고 부품의 가장자리와 평행하기 때문에 매끄럽게 강화된 외부 표면을 보장합니다. 등방성 섬유는 각 부품의 전체 면을 보강하는 데 적합하지만 섬유 및 시간이 많이 소요되고 항상 강한 부품을 만들 필요가 없습니다.

기본 광섬유 라우팅 기술

도구 상자에 이 두 가지 광섬유 라우팅 옵션을 사용하면 두 옵션을 모두 활용하고 결합하는 다양한 보강 옵션이 있습니다. 이러한 기술을 사용하면 필요할 때만 필요할 때만 강화할 수 있으므로 비용, 재료 및 인쇄 시간을 절약할 수 있습니다.

단일 샌드위치 패널

샌드위치 패널은 복합 시트가 생성하는 표면 주위의 비틀림을 보강하기 위한 일반적인 복합 레이업 기술입니다. 이 블로그 게시물에 설명된 대로 샌드위치 패널은 부품의 상단과 하단을 구성하는 뻣뻣하고 강한 재료로 된 I-빔과 동등한 합성물입니다. 상단 및 하단 평면은 가장 많은 굽힘 응력을 받기 때문에 종종 가장 강화된. 부품이 XY 평면에서 비틀림에 직면할 것임을 알고 있다면 샌드위치 패널이 부품의 비틀림 강도를 향상시킵니다.

"섬유 사용"이 선택되면 소프트웨어가 샌드위치 패널을 자동으로 생성합니다. 그러나 이는 부품이 대칭인 경우에만 구현해야 합니다. 부품의 상단 및 하단 몇 레이어에 섬유가 놓이기 때문입니다. 아래 이미지에서 브레이크 레버의 상단이 실제로 작은 돌출부라는 점에 유의하십시오. 따라서 섬유를 수동으로 추가해야 하므로 부품 상단 근처의 가장 큰 표면 아래에 섬유를 놓는 것이 더 합리적입니다. 일반적으로 단면적이 매우 유사한 층으로 구성된 샌드위치 패널을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

샌드위치가 균일해지도록 하려면 강화하려는 상단 및 하단 표면에 동일한 수의 등방성 층이 있어야 합니다. 샌드위치 패널은 균일해야 합니다. 그렇지 않으면 부품이 한 방향으로 더 강해지고 다른 방향으로는 구부러지지 않으며 한 방향으로 더 쉽게 부러지거나 휘어질 수 있습니다. 양쪽에 더 많은 섬유층이 있고 샌드위치가 더 멀리 떨어져 있을수록 부품이 더 강해집니다. 부품 중앙에 있는 등방성 섬유층은 부품의 굽힘 강도에 덜 영향을 미치므로 굽힘 강도를 제공하기 위해 부품 전체를 섬유로 포장할 필요는 없습니다.

광섬유 경계

샌드위치 패널은 XY 평면 주변의 강도를 증가시키는 반면 Fiber Perimeter를 생성하면 Z축 주변의 부품이 더 강해집니다. 부품의 모든 레이어에 동심 채우기 옵션을 사용하면 Z축을 중심으로 굽힘 강도를 높일 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 동심 채우기는 부품의 벽을 강화하므로 부품 내에 섬유 둘레를 생성하면 해당 벽을 구부리기가 훨씬 더 어려워집니다. 이것이 많은 엔지니어링 재료가 블록 대신 C 채널 또는 튜브의 형태를 취하는 이유입니다. 즉, 무게를 줄이면서도 강도를 보존하기 위한 것입니다.

부품에 Fiber Perimeter를 설정하려면 강화하려는 레이어에 동심 채우기를 사용합니다. 동심원의 개수를 늘리거나 동심원을 사용하는 레이어를 늘리면 Z축을 중심으로 부품의 강도를 높일 수 있습니다. 아래 브레이크 레버는 Z축을 중심으로 굽힘 응력이 발생하므로 강성을 최대화하기 위해 동심원 섬유 링 3개로 모든 레이어를 강화했습니다. 샌드위치 패널과 마찬가지로 부품의 중간이 가장 낮은 굽힘 응력을 받기 때문에 중앙까지 링으로 부품을 보강할 필요가 없습니다.

쉘링

부품의 각 축에서 굽힘 강성을 높여야 하거나 부품이 어떻게 로드될지 잘 모르는 경우 어떻게 해야 합니까? 이 두 가지 기술을 결합하여 모든 축에서 부품이 구부러지는 것을 강화할 수 있습니다. 상단과 하단에 샌드위치 패널이 있고 그 사이에 섬유 쉘이 있어 부품의 굴곡 강도가 모든 축에서 향상됩니다. 중부하 로봇 공학 애플리케이션을 위한 이 모터 브래킷은 강해야 하지만 모든 방향에서 하중을 받을 수 있으므로 이와 같은 것은 모든 면에서 강력하게 강화되어야 합니다.

나는 이것이 매우 견고한 부품이 되기를 원하기 때문에 등방성 섬유 샌드위치 패널의 20개 레이어(측면당 10개)를 선택했습니다. 그러나 부품 상단의 볼트 구멍 돌출 때문에 상단 섬유 "패널"을 조정하고 부품 상단 면 아래에 배치해야 합니다.

하단의 막대를 사용하면 섬유의 다른 섹션을 제어할 수 있으며 각 레이어에 있는 섬유의 양을 최대 섬유 양으로 정규화하여 표시할 수 있습니다. 위의 이미지에서 간단한 등방성 샌드위치 패널을 위한 섬유 보강재의 두 부분을 볼 수 있습니다. 이제 두 "패널" 사이의 중앙 영역을 선택하고 그룹을 만들고 광섬유 라우팅을 2개의 동심 광섬유 링이 있는 동심 광섬유 채우기로 설정할 수 있습니다.

이 부품은 이제 등방성 및 동심 섬유 충전을 모두 사용하여 굽힘에서 효율적으로 강화되었습니다. 각 유형의 섬유 충전 구성이 부품을 강화하는 방법을 이해함으로써 불필요한 섬유를 낭비하지 않고 부품 성능과 인쇄 시간을 개선하기 위해 이와 같은 간단한 트릭을 개발할 수 있습니다. 이 게시물의 2부에서는 섬유 방향으로 부품 강도를 최적화하기 위한 고급 기술을 다룹니다.

더 배우고 싶으신가요? 소프트웨어 및 섬유 강화 옵션을 실험하려면 Eiger Trial을 요청하십시오. 또한 고급 광섬유 라우팅 기술이 포함된 이 게시물의 2부도 확인하세요!