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Anmerkung des Herausgebers: Dies ist Teil 2 einer Serie über effiziente Verfahren zum Verlegen und Endlosfasern mithilfe des Markforged-3D-Druckers. Wenn Sie mit dem Drucker nicht vertraut sind und mehr darüber erfahren möchten, kontaktieren Sie uns bitte hier. Um einen Einblick in die effizienten Verfahren zum Verlegen von Endlosfasern zu gewinnen, lesen Sie bitte Teil 1 hier!
Fortschrittliche Verfahren zum Verlegen von Endlosfasern
Das Entwerfen für den 3D-Druck erfordert genauso viel Arbeit wie das Entwerfen eines jeden anderen Fertigungsprozesses. Das gilt insbesondere – vor dem Hintergrund der Fertigungsmethode – für unsere qualitativ hochwertigen 3D-Drucker. Es gibt einige Formen und Verfahren, die sich für einige Prozesse sehr gut eignen; andere hingegen eher wenig. Wir möchten Sie gerne dabei unterstützen, darüber nachzudenken, auf welche Weise Sie unsere einzigartigen Verfahren zum Verlegern von Endlosfasern effizient und effektiv nutzen können, um die Festigkeit Ihrer 3D-Druckteile zu erhöhen. Letzte Woche haben wir einige grundlegende Verfahren zum Verlegen von Endlosfasern behandelt, einschließlich der Themen Sandwichverkleidung, Randverstärkung und Schale, und ausgeführt, was die verschiedenen Verstärkungsmöglichkeiten bewirken und wie man diese gut nutzen kann. In diesem Beitrag werde ich auf einige der Konzepte der letzten Woche eingehen, um aufzuzeigen, wie Sie Ihre Bauteile mit fortgeschrittenen Faser-Verfahren stärker machen können.
Optimierung für eine bestimmte Festigkeitsrichtung
Während bei der konzentrischen Verstärkung mit Fasern um den Umfang des Bauteils herum verstärkt wird, ist es manchmal notwendig, eine Verstärkung für eine bestimmte Richtung oder ein bestimmtes Belastungsszenario durchzuführen. In vielen Fällen benötigen die zu druckenden Teile aufgrund eines bekannten Belastungszustandes in bestimmten Bereichen eine Festigkeit. Sie können die Festigkeit Ihres Bauteils auf eine effiziente Art und Weise verbessern, indem Sie die Fasern mit unserer Option „Faserwinkel“ in diese Richtung ausrichten.
Traditionelle Verbundwerkstoffe bestehen aus vielen Schichten von Verbundfasern und in jeder Schicht sind die Fasern in einer bestimmten Richtung, dem „Faserwinkel“ angeordnet. Um eine einheitliche Lage aus Verbundfasern zu erzeugen, wird jede Schicht um einen bestimmten Winkel von der vorherigen gedreht, bis sich schließlich die gesamte Verbundfolie quasi isotrop verhält.
Falls eine Festigkeit in eine bestimmte Richtung benötigt wird, können Sie die Faserplatten nicht ständig drehen, sondern Sie sollten sämtliche Platten in eine oder wenige Schlüsselrichtung(en) ausrichten. Die Fasern richten sich nach dem Belastungszustand des Teils aus und optimieren so die Festigkeit des Bauteils in diese Richtung. Das untere Bauteil ist ein Drohnenarm, der in erster Linie entlang der Länge des Arms verstärkt werden muss, um ein Verbiegen zu verhindern. Standardmäßig drehen sich die Faserwinkel, wenn Sie mittels isotroper Füllung verstärken – das simuliert auf diese Weise eine quasi-isotrope Bindung.
Um dieses Teil effizient zu verstärken, können Sie die Einstellungen eines isotropen Füllteils (entweder in Außen- oder Innenansicht) bearbeiten und die Faserwinkel jeder verstärkten Schicht auf 0 setzen, entweder für eine Gruppe von Fasern oder für eine einzelne Schicht. Dadurch wird die Steifigkeit des Teils über die gesamte Armlänge maximiert.
Diese Technik kann auch in mehrere Richtungen erweitert werden – wenn es zwei primäre Richtungen gibt, die verstärkt werden müssen, können die Faserwinkel so eingestellt werden, dass sie sich zwischen den beiden Richtungen drehen, sodass das Bauteil in beide Richtungen verstärkt wird.
Faserstreifen
Faserstreifen bestehen aus mehreren gestapelten Sandwichplatten, um das Bauteil beim Biegen in der XY-Ebene weiter zu verstärken. Wenn Sie ein dickeres Bauteil mit einem relativ gleichmäßigen Querschnitt haben, können Sie Faserstreifen verwenden, um das Bauteil weiter mit übereinanderliegenden Sandwichverkleidungen zu versteifen, um diesem eine gleichmäßigere Faserverstärkung und viel mehr Torsionsfestigkeit zu verleihen.
Selektive Verstärkung
Während Faserstreifen und -schalen in der Regel am besten für Bauteile mit relativ gleichmäßigen Querschnitten geeignet sind, ist es manchmal sinnvoller, bestimmte Abschnitte oder Merkmale des Teils zu verstärken, als mit gleichmäßig verteilten Faserstreifen zu verstärken. In diesen Fällen müssen einige Überlegungen berücksichtigt werden, um für gleichmäßige Sandwichplatten sorgen zu können. Wir können das untere Bauteil, eine hintere Fußrastenhalterung für ein Motorrad des Kunden STS Turbo, in zwei Abschnitte unterteilen: das obere Flügelteil, das verhindert, dass der Fuß des Fahrers zu nahe an die hintere Reifenaufhängung kommt, und das tragende Befestigungsteil mit Schraubenlöchern zur Befestigung des Fußrastens und zur Befestigung am Rest des Fahrrads.
Das Teil muss steif und biegesteif sein, aber eine Standard-Sandwichplatte wird das Bauteil nicht derartig verstärken, wie es von Nöten ist – das Hinzufügen von Fasern zu den obersten und den untersten Schichten führt zu einer unebenen Sandwichplatte und zum Ausfall des Teils. Um dieses Problem zu umgehen, können wir zwei gerade Abschnitte der Sandwichplatte erstellen – einen, der den Abschnitt „Fußschutz“ des Teils umschließt und einen, welcher das Segment der Montagehalterung des Teils umschließt. Dies wird als selektive Verstärkung bezeichnet – wir definieren spezifische Bereiche, die verstärkt werden müssen, und stellen sicher, dass die einzelnen Bereiche von Sandwichplatten begrenzt werden.
Das Bauteil muss dann um die Ankerlöcher herum weiter verstärkt werden, um die Bauteilfestigkeit lokal zu verbessern und das Gewicht auf den Fußrasten zu stützen, der mit den Fußrastenabstandsnocken an der Oberseite des Teils verschraubt wird.
Kombinationen
Die Art der Kontrolle hinsichtlich der Eben-Granularität, die Ihnen Eiger bietet, ermöglicht es, auf mehr als eine Weise effizient zu verstärken – sämtliche Verfahren stellen Möglichkeiten der Vorgehensweisen für die Verstärkung dar und können auf vielfältige Weise miteinander kombiniert werden. Letzte Woche habe ich ausgeführt, wie das Schälen mit isotroper und konzentrischer Füllung ein stärkeres Bauteil gewährleisten kann; ähnliche Verfahren können mit diesen Verfahren durchgeführt werden.
Das oben verwendete Beispiel für die Fußrastenmontage ist ein effizientes Verfahren zum Verlegen von Endlosfasern, das Biegungen in der Ebene mit selektiver Verstärkung vermeidet. Es erfordert aber möglicherweise eine höhere Festigkeit für eine zuverlässige und robuste Lösung. Der Flügelabschnitt des Stückes ist nicht tragfähig, sondern sollte einer Biegung in der Ebene standhalten, während der Abschnitt mit dem Montagemuster Druckbelastungen durch die ihn festhaltenden Schrauben und Torsionslasten ausgesetzt ist, da der Fußrasten das Gewicht des Fahrers trägt. Ich werde mehrere Schichten unter dem gesenkten Loch hinzufügen, um die Schraubenlöcher zu verstärken. Dieser Faserabschnitt befindet sich relativ zentriert in seinem Bereich, sodass eine weitere Schicht zum Ausgleich des Sandwiches nicht erforderlich ist.
Als nächstes werde ich den unteren Bereich des Teils beschalen, um seine Festigkeit beim Biegen um die Z-Achse zu verbessern – das trägt dazu bei, dass dem Gewicht des Fahrers widerstanden werden kann, wie im vorherigen Beitrag bereits beschrieben. Schließlich werde ich dem Noppen an der Oberseite des Teils eine konzentrische Faserverstärkung hinzufügen. Dies verbessert die Druckfestigkeit des Bauteils nach dem Anschrauben des Fußrastens und die Torsionsfestigkeit, wodurch verhindert wird, dass der Fußrasten nach unten und aus dem Loch herausdreht.
Nun wird das Bauteil selektiv mithilfe einiger in dieser Serie beschriebenen Verfahren zum Verlegen von Endlosfasern verstärkt. Falls Sie noch Fragen haben, lassen Sie es uns bitte wissen. Ich hoffe, dass wir Ihnen dabei helfen konnten, Ihre Intuition im Bereich des Verlegens von Endlosfasern zu verbessern!
Falls Sie derzeit keinen Markforged-Drucker Ihr Eigen nennen, aber diesen gerne in Aktion sehen würden: Fordern Sie eine Demo anFordern Sie eine Demo an, um unsere Eiger-Software ausprobieren zu können.
Artikel geschrieben von Alex Crease, Markforged
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