3D-печать самого прочного звена: тесты углеродно-волоконной цепи для промышленных нагрузок

Примечание автора: ни тяжелое оборудование не пострадало при написании; прототипы, однако, не так повезло.

Летние стажёры Markforged регулярно исследуют пределы нашей передовой 3D-печатной технологии. Прошлым летом двое стажёров поставили смелую цель: создать одно углеродно-волоконно-армированное звено цепи, способное поднимать 10-тонный цементовик. Они верили, что по-настоящему промышленный принтер должен уметь поддерживать такую нагрузку.

Их первый дизайн был обычным овальным звеном цепи, геометрией, убиquitous в коммерческих цепях. Звено было размерено для тенсильного тестирования на универсальной испытательной машине Instron 5582 в Olin College of Engineering, чья ёмкость 100 кН позволяла оценить прототипы до веса цементовика без риска для тяжёлого оборудования.

Для любопытных о производстве цепей, процесс — инженерийное чудо; посмотрите это видео How It's Made для увлекательного закулисного взгляда.

Первоначальные прототипы раскрыли ключевой вызов: направленная прочность углеродного волокна. Звенья цепи печатались полностью из Concentric Fiber fill, который устоит тенсильным силам вдоль направления волокна, но предлагает ограниченную поперечную жёсткость. Когда звено тянули, боковины загибались внутрь, ведучи к преждевременному отказу — проблема, редко видимая в стальных звеньях, которые более изотропны.

Для контрамеasures стажёры добавили центральный усиливающий элемент, предотвращающий выбухвание боковин. Полученный дизайн требовал 72-часовой печати с использованием шести катушек углеродного волокна.

Когда финальное звено тестировали на Instron, оно сломалось всего на 50 фунтов вдалеке от максимальной ёмкости машины — почти достигая цели подъёма 10 тонн. Пока инженерный фактор безопасности ниже того, что может ожидать типичный владелец цементовика, результат демонстрирует промышленную прочность, достижимую высокопроизводительными материалами Markforged.

Хотите попробовать сами? Исследуйте принтер Mark Two и скачайте STL-файлы ниже.

STL File