连续纤维增强3D打印设计新功能！提供零件”有效“强度并降低材料成本

| 3DScienceValley · 2023/12/30

利用连续纤维（如玻璃纤维或碳纤维）增强3D打印零件是一项有商业价值的制造能力。它使用户能够制造远强于塑料制成的3D打印零件。在给零件添加纤维时，用户需要做一些决策：纤维填充的分布方式（同心或各向同性），使用多少纤维以及在零件的哪个部分放置纤维。

虽然默认的纤维设置对大多数应用都有效，但某些情况需要手动放置纤维。纤维覆盖允许更多地控制纤维的放置，使用户能够为指定的层自定义纤维设置。

在之前，为了确保零件的完成度和完整性，这些定制的纤维覆盖设置只能应用于特定层上。现在Markforged宣布一项新功能——纤维覆盖素描（sketch），它允许用户在每个层内控制纤维的放置。

为什么要使用纤维覆盖素描？

这项新功能提供了对纤维路由的更多控制。用户可以有选择性地加强零件上的关键特征，而无需加强整个零件或层。这可以更有效地利用连续纤维，进而降低材料成本。

工作流程很简单：创建一个纤维覆盖（override），添加一个素描（sketch），纤维路由将自动更新。

将仿真与这一新功能结合使用可以加速找到并验证确保零件性能所需的纤维量的过程。

在这一新的功能中，用户可以通过在X射线视图中进行素描，精确地指定在一组层内的特定区域内添加或移除纤维。这使用户能够更加灵活地调整零件的强度和刚度，而无需对整个零件或层进行全面的纤维加固。这项功能为用户提供了更高级别的控制，以满足特定设计和性能需求。

在内部视图中添加素描（sketch），以在一组层内的特定区域添加或移除纤维。

应用实例

举例说如下面所示的零件，这是用于光学光板的夹具。

目标是找出哪种3D打印设置会产生一个符合或超过其安全系数要求的零件 — 同时尽量减少材料成本，因为将要制造250个这样的零件。

用于光学光板的3D打印夹具
© Markforged

这个零件必须能够在不发生故障的情况下承受最大负荷为400N。目标安全系数为1.5，考虑到负荷中的不确定性，有助于确保零件在使用中不会发生故障。

首先，用户可以使用模拟验证基准零件的性能 — 该零件使用Onyx的默认设置。最小安全系数为1.06，未达到1.5的要求。

默认100% Onyx设置进行仿真的结果是，最小安全系数为1.06，未达到1.5的目标。

为增加到最大的强度，用户可以在所有层上添加连续玻璃纤维，并采用各向同性的布线。在这次强度提升之后，仿真预测安全系数为2.74。尽管这个零件现在比默认零件强得多，但付出了代价 — 材料成本和打印时间也显著增加。

由于安全系数远远超过实际需要，有机会减少玻璃纤维的使用量 — 并显著降低材料成本。这就是纤维覆盖素描发挥作用的地方。

使用纤维覆盖素描，玻璃纤维仅添加到对零件效益最大的区域 — 即负荷承载区域（负荷和主要紧固件之间的区域）。经过纤维覆盖素描后，模拟显示预测的安全系数为1.58：这意味着这个零件在使用远少于默认情况下的玻璃纤维的情况下仍然超过了强度要求。

与在所有层中添加纤维的相同零件相比，每个仿真优化零件的成本减少了37%，3D打印时间降低了44%。这些储蓄会在每次打印作业中迅速累积。例如，对250个优化零件的生产运行将节省$1,197的材料成本和34天的打印时间。

将连续玻璃纤维放置在具有所有层纤维的零件中的位置（左侧）以及具有定义纤维的零件中的位置（右侧）：

总结

Markforged 增材制造软件解决方案——Eiger的新纤维自定义功能通过提供更多对纤维放置的控制，降低了材料成本。这一新功能补充了仿真的好处。将它们结合使用可以快速轻松地获得性能验证的零件，而不会消耗过多时间和连续纤维。目前，Markforged 公司已为所有Eiger用户提供纤维覆盖素描功能。