高效能光纖路由技術第 2 部分：進階路由選項

 

先進的纖維佈線技術

 

3D 列印設計與任何其他製造流程的設計一樣，需要投入大量心力。

特別是在使用Markforged的高強度 3D 列印機時，考量製造方法是至關重要的。

某些幾何形狀和技術非常適合特定的工藝，而其他的則可能不那麼理想。

該如何利用我們獨特的纖維佈線技術，以高效且有效的方式提升 3D 列印零件的強度?

 

上篇文章中，介紹了一些基本的纖維佈線技術，包括夾芯板、週邊加固和脫殼，並描述了這些加固選項的作用及最佳應用方式。

在本篇文章中，將進一步擴展上週的內容，展示如何透過更進階的纖維佈線技術，讓您的零件變得更加堅固。

 

 

針對特定方向的強度進行最佳化

 

雖然同心加固技術主要在零件的週邊添加纖維，但有時我們需要針對特定方向或負載條件進行加固。

在許多情況下，根據已知的負載條件，要列印的零件的某些區域需要額外的強度。

透過使用我們的「纖維角度」選項，可以讓纖維沿著特定方向對齊排列，來有效地提升該方向的強度。

 

傳統的複合材料由多層複合纖維組成，每層的纖維以特定方向或「纖維角度」排列。

為了建構均勻的複合纖維片，每一層都相對於前一層旋轉特定的角度，直到最終整個複合片材達到準各向同性。

 

‍‍傳統的碳纖維疊層結構，每層有不同的纖維角度。

 

傳統的碳纖維疊層結構：每層纖維角度不同

 

如果零件需要特定方向的強度，可以讓纖維全部沿著一個或數個關鍵方向對齊排列，而非不斷旋轉纖維片。

纖維與零件的負載條件對齊，從而優化零件在該方向上的強度。

例如，在無人機手臂的應用中，主要需要沿著手臂長度加固，以防止彎曲變形。

若採用各向同性填充進行加固以模擬準各向同性編織時，纖維角度將旋轉。

 

為了增強該零件，可以編輯各向同性填充的設定（在外部或內部視圖中），將每層增強層纖維的角度設為 0。

這樣做可以最大化零件沿著手臂長度的剛性。

 

透過調整特定層或組的纖維角度，您可以優化零件在特定方向上的強度。

 

此技術也可以擴展到多個方向 - 如果有兩個主要方向需要加固，

您可以設定纖維角度在兩個方向之間旋轉，以使零件在兩個方向上都堅固。

 

‍您也可以設定光纖角度以指定角度旋轉

 

纖維條紋技術

 

纖維條紋需要多個堆疊的夾層板，以進一步增強在 XY 平面上彎曲的部件。

當零件較厚且橫截面相當一致，則可以使用纖維條紋透過疊加多層夾芯板，來增強零件在 XY 平面上的抗彎強度。

 

這種方法可提升零件的纖維加固均勻性，並提供更高的抗扭強度。

 

‍纖維條紋可以在疊加夾芯板的平面彎曲中獲得更高的扭轉強度。

 

 

選擇性強化

 

雖然纖維條紋和脫殼技術通常適用於橫截面均勻的零件，但有時增強零件的特定部分比用均勻分布的纖維條紋技術進行強化更有意義。

 

在這些情況下，需要考慮如何保持夾芯板的平整性。以下面來自客戶STS Turbo的摩托車後腳釘安裝座，分解為兩個部分：

頂部翼片(防止騎士的腳太靠近後輪胎懸架)，以及承重安裝座(帶有螺栓孔，用於安裝腳釘並安裝到自行車的其餘部分)。

 

該零件的每個部分都需要不同的加固——跨越該部件高度的夾芯板將不平衡。

 

問題：夾芯板跨越零件高度可能導致不平衡

解決方法：分區夾芯板設計

 

該零件需要堅硬且耐彎曲，但標準夾芯板不會以我們需要的方式加固該零件，

在最頂層和最底層添加纖維會形成不均勻的夾芯板並導致部件失效。

 

為了解決不平衡的問題，可以拆分兩個夾層板：一個夾住零件的「護腳」，另一個是夾住零件的安裝支架。

 

這就是所謂的選擇性加固——在定義需要加固的特定區域，並確保甚至有夾層板包圍每個區域。

 

‍‍每個部分均採用平衡夾芯板進行加固，以實現優化加固。

 

然後需要在螺栓孔周圍進一步加固零件，以提高零件的局部強度並支撐施加到腳釘上的重量，腳釘透過螺栓固定在零件頂部的腳釘間隔塊上。

 

 

綜合應用

 

Eiger提供的層級控制技術，讓您可以多種方式靈活加固零件。所有這些方法都可以作為強化指南，互相組合一起使用。

在上一篇文章中，說明等向纖維填充和同心纖維填充如何確保零件更堅固，並且可以使用這些技術實施類似的程序。

 

以腳釘安裝作為例，透過選擇性加固可以有效地抵抗面內彎曲，是一種有效的纖維佈線方法。針對不同區域的需求進行設計，

最後在頂部凸塊處添加同心纖維增強，可進一步提高抗壓和抗扭強度，確保腳釘穩固可靠。該零件的機翼部分不承重，但應抵抗平面內彎曲，

而夾住零件的安裝支架部分，將承受來自固定它的螺栓的壓縮和扭轉載荷，因為腳釘將支撐騎士的重量。

然後在沉頭孔下方添加一段層以加強螺栓孔。這部分纖維在其區域內相對居中，因此不需要另一層來平衡夾層。

 

碳纖維中心面板既加強了螺栓孔，又提供了額外的抗彎強度。

 

接下來，對零件的下部區域進行脫殼，以提高其繞 Z 軸彎曲的強度，以幫助抵抗騎手的重量，正如我在上一篇文章中所述。

最後，我將在零件頂部的凸塊上添加同心纖維增強材料。一旦用螺栓固定腳釘，這就會提高零件的抗壓強度，

並提高零件的扭轉強度，防止腳釘向下扭轉並脫離孔。

 

‍‍該零件現已採用多種技術進行加固，以提高零件不同區域的強度。

 

 

‍經過優化加強的印刷腳釘安裝座。

 

 

結論

 

現在，使用本系列文章中介紹的幾種不同的纖維佈線技術有選擇地加固該零件。透過這些纖維佈線技術，您可以根據需求進一步優化零件強度。如果您有任何疑問或需要幫助，請隨時聯繫我們！

 

 

延伸閱讀

 

Eiger軟體中能提供具有成本效益強度的客製化纖維放置新工具

Markforged｜透過高效能纖維佈線增強 3D 列印零件：Part1