Освоение изотропного волокна в 3D-печати: создание сверхпрочных деталей с Mark Two

Обновление: Хотите узнать, как разные узоры наполнения повышают прочность деталей и наука за этим? Присоединяйтесь к нашему вебинару 21 июня в 11:00 по восточному времени (Регистрация здесь).

Примечание автора: Это первая из двух статей об использовании изотропного волокнистого наполнения Eiger для создания исключительно прочных деталей на Mark Two. В этом посте мы рассмотрим, как эмулировать высокопрочные схемы укладки традиционных композитов с помощью принтера Markforged. Следующая статья будет посвящена максимизации прочности усиленных деталей. Мы погрузимся в технические детали — постепенно — используя лаконичный глоссарий терминов композитов, чтобы помочь вам эффективно проектировать для композитного усиления высокопрочной 3D-печати.

Основы композитов

Принтеры Markforged с непрерывным волокном позволяют клиентам изготавливать промышленные детали, усиленные углеродным волокном, с свойствами, сопоставимыми с квази-изотропными композитными ламинатами. Квази-изотропные 3D-печатные детали демонстрируют одинаковое поведение в двух осях, с единственным направлением вариации — идеально для проектирования деталей, устойчивых к определенным нагрузкам. Настраивая ориентацию волокна в слайсере Eiger, конструкторы могут адаптировать прочность под целевые приложения.

Высокопрочный изотропный материал упрощает инженерный расчет: если материал ведет себя одинаково во всех направлениях, только геометрия определяет соответствие требованиям прочности. Когда свойства меняются по осям — как в 3D-печати — квази-изотропный материал становится лучшим выбором. Он требует минимальных затрат на проектирование по сравнению с полностью анизотропным материалом, так как только одна ось отличается по прочности. Для ясности Markforged обозначает тип наполнения «Isotropic Fiber» просто как «Isotropic Fiber», признавая, что все 3D-печатные детали по своей природе имеют разные свойства по оси Z.

Глоссарий терминов композитов

• Изотропные материалы — обладают одинаковыми свойствами в каждом направлении. Многие металлы относятся к этой категории.
• Анизотропия — общая направленная зависимость поведения. Пример живого шарнира демонстрирует композит с гибкими и жесткими участками, усиленными кевларом.
• Ортотропные материалы — свойства различаются вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, как у дерева.
• Квази-изотропные материалы — изотропны в двух осях, но переменны в третьей, что соответствует поведению деталей Markforged, усиленных изотропным волокном.
• Трансверсально-изотропные материалы — изотропия в плоскости XY с отличительным поведением по оси Z. Узор изотропного наполнения в сочетании с углами волокна по умолчанию близко приближает это поведение.

Традиционные термореактивные композиты — большинство потребительских применений углеродного волокна — используют десятки или тысячи однонаправленных слоев, расположенных под чередующимися углами. Композитные конструкторы описывают эти повторяющиеся узоры «кодом ориентации». Каждый последующий слой поворачивается (часто на 45°), чтобы получить многодirectionalную объемную прочность, превосходящую однонаправленную укладку.

Например, изотропное наполнение Eiger по умолчанию использует код ориентации [0/45/90/135], что означает: первый слой волокна ориентирован горизонтально, второй — под 45°, и последовательность повторяется. Клиенты могут задавать собственные коды ориентации любой длины, адаптируя укладку под свои дизайнерские задачи.

Расширенные возможности

Mark Two обеспечивает печать высокопрочных волокнисто-усиленных деталей с геометрией до 15 раз меньше, чем Mark One. Обновленное ПО также улучшает квази-изотропную производительность с изотропным наполнением.

В режиме «Part View» в Eiger поле ввода Fiber Angles отражает код ориентации. Ввод кода, такого как [0/45/90/135], создает трансверсально-изотропную деталь, если каждый слой использует изотропное волокно. Просто введите углы через запятую.

Новый алгоритм маршрутизации волокна позволяет Mark Two печатать изотропное волокно как с углеродным филаментом, так и с новым филаментом из высокопрочного высокотемпературного стекловолокна (HSHT) — возможности, отсутствовавшие в Mark One. При нарезке слоя с изотропным волокном для Mark Two алгоритм формирует гибридное наполнение: концентрические кольца на внешней поверхности и изотропное наполнение внутри. Это дает превосходную отделку поверхности, сохраняя высокую внутреннюю прочность, и производит самые прочные детали, достижимые при 3D-печати с углеродным волокном.

Тонкая настройка усиления

Хотя внешний вид (External View) предлагает быстрое усиление, 3D Internal View обеспечивает гранулярный контроль над кодами ориентации групп слоев. Начните с выбора детали из вашей библиотеки Eiger и откройте Internal View.

В Internal View нажмите на группу волокнистых слоев в панели слоев, чтобы отредактировать ее. Для создания новой группы перетащите от начальной или конечной точки по нужным слоям, затем нажмите Apply Changes для подтверждения. Измените размер группы, перетащив её треугольные ограничители.

Когда группа использует изотропное волокно, поле Fiber Angles появляется в правом верхнем блоке управления слоем. В отличие от глобальной настройки в Part View, это позволяет адаптировать код ориентации только для выбранной группы, давая точный контроль над размещением волокна на основе геометрии детали.

Интерфейс Eiger делает настройку волокнистого усиления по множеству слоев быстрой и точной.

Читайте Часть 2 этой серии здесь — мы разберем лучшие стратегии размещения волокнистого усиления для максимальной прочности и материальной эффективности.

Хотите увидеть эти возможности в действии? Закажите демо Mark Two уже сегодня!