Adrian Bowyer博士：在3D打印部件中添加空心管使性能更強(qiáng)

在3D打印領(lǐng)域，最負(fù)責(zé)的社區(qū)組織可以說(shuō)是RepRap項(xiàng)目。2018年12月3日，南極熊從外媒獲悉，他們剛剛給了我們另一個(gè)智慧的金塊，RepRap Ltd的Adrian Bowyer博士寫了一個(gè)FreeCAD Python宏，它通過(guò)數(shù)字模型隨機(jī)插入有角度的空心圓柱體，可以增加零件3D打印的強(qiáng)度。

通常，我們認(rèn)為部件填充的越實(shí)，它就越強(qiáng)。因此，在整個(gè)零件中添加空心管似乎是一種加強(qiáng)它的反直覺(jué)方式。這背后的理論依賴于切片程序產(chǎn)生的填充方式;填充是無(wú)法看到的3D打印內(nèi)部，它是空間密度/堅(jiān)固度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。 FDM（熔融沉積）3D打印通常不會(huì)打印實(shí)體，因?yàn)檫@樣做效率低，耗費(fèi)時(shí)間和材料更多。

因此，切片程序通過(guò)生成最受歡迎的方格網(wǎng)格，三角形或蜂窩圖案來(lái)填充3D打印內(nèi)部的大部分空間。用戶將填充密度設(shè)置為百分比，0％創(chuàng)建一個(gè)完全空心的外殼，100％創(chuàng)建一個(gè)完全堅(jiān)固的部分。絕大多數(shù)3D打印都設(shè)置為15％到30％之間的填充，因?yàn)樗�是光和�?qiáng)的完美結(jié)合。大多數(shù)切片機(jī)的缺點(diǎn)之一是只能將一個(gè)填充密度應(yīng)用于零件;密度總是均勻地分散在整個(gè)3D打印零件中。

不幸的是，機(jī)械應(yīng)力很少均勻地分散在3D打印件上。在施加重量或壓力的特定區(qū)域中，應(yīng)力通常較大。通過(guò)加長(zhǎng)填充物來(lái)增強(qiáng)這些應(yīng)力點(diǎn)的強(qiáng)度將增加整個(gè)部件的密度并使用比技術(shù)要求更多的材料。 Bowyer博士希望在選定的區(qū)域增加密度，而空心圓柱體可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)橛糜谥圃旃鼙诘乃芰�。雖然管本身是空心的，但它們的壁是堅(jiān)固的。使管子成角度可以在多個(gè)軸上擴(kuò)展堅(jiān)固性，同時(shí)還提供一些防止分層（層的分離）的保護(hù)。

為了測(cè)試管子是否真正增加了強(qiáng)度，Bowyer博士3D打印了同一部件的兩個(gè)版本：一個(gè)在應(yīng)力點(diǎn)添加了空心管（由FreeCAD的有限元分析（FEA）工具確定），另一個(gè)沒(méi)有。 對(duì)兩者施加相同的重量，并且當(dāng)然，具有管的那個(gè)具有54％的抗彎曲性。 通過(guò)使用20％填充物打印兩個(gè)部件，比較是有啟發(fā)性的但是不完整。 添加管確實(shí)增加了該部件的塑料用量，因此更公平的比較是增加部件的填充而不使管與管的塑料用量相匹配。 結(jié)果可能仍然會(huì)對(duì)管子產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，但知道科學(xué)知識(shí)會(huì)很好。

Bowyer博士計(jì)劃編寫一個(gè)腳本，該腳本將自動(dòng)插入FEA工具。 一些切片軟件如Simplify3D已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了增加零件不同區(qū)域填充的方法，但只是垂直方向，這只是非常有用。 看到Bowyer博士的腳本直接應(yīng)用于切片軟件將是一次重大升級(jí)。

編譯自：3ders