エイドリアン・ボウヤー博士: 3Dプリント部品に中空チューブを追加すると強度が増す

エイドリアン・ボウヤー博士: 3Dプリント部品に中空チューブを追加すると強度が増す

3D プリントの分野で、最も責任あるコミュニティ組織は、おそらく RepRap プロジェクトです。 2018 年 12 月 3 日、Antarctic Bear は海外メディアから、彼らが私たちにもう一つの知恵を与えてくれたことを知りました。RepRap Ltd の Adrian Bowyer 博士は、デジタル モデルに角度の付いた中空のシリンダーをランダムに挿入する FreeCAD Python マクロを作成しました。これにより、部品の 3D プリントの強度を高めることができます。
一般的に、部品が固ければ硬いほど、強度も高くなると考えられます。したがって、部品全体に中空チューブを追加することは、部品を強化するための直感に反する方法のように思えます。この背後にある理論は、スライス プログラムがインフィルを生成する方法に依存しています。インフィルは 3D プリントの内部の目に見えない部分であり、空間の密度/堅牢性の尺度となります。 FDM (熱溶解積層法) 3D プリントでは、効率が悪く、時間がかかり、より多くの材料が必要になるため、通常は固体オブジェクトは印刷されません。
したがって、スライス プログラムは、最も一般的な正方形、三角形、またはハニカム パターンのグリッドを生成することで、3D プリント内のスペースの大部分を埋めます。ユーザーは充填密度をパーセンテージで設定します。0% の場合は完全に中空のシェルが作成され、100% の場合は完全にソリッドなパーツが作成されます。 3D プリントの大部分は、軽さと強さの完璧な組み合わせであるため、充填率が 15% ~ 30% に設定されています。ほとんどのスライサーの欠点の 1 つは、パーツに適用できる充填密度が 1 つだけであることです。密度は常に 3D プリントされたパーツ全体に均等に分散されます。
残念ながら、機械的ストレスが 3D プリント全体に均等に分散されることはほとんどありません。通常、重量や圧力が加わる特定の領域では、応力が大きくなります。フィラーを長くしてこれらの応力点を強化すると、部品全体の密度が増加し、技術で必要な量よりも多くの材料が使用されます。ボウヤー博士は特定の領域の密度を高めたいと考えており、チューブの壁を作るのにプラスチックを使用した中空のシリンダーならこれを実現できる。チューブ自体は中空ですが、壁は固体です。チューブに角度を付けると、複数の軸での剛性が拡張され、同時に層間剥離(層の分離)に対する保護も提供されます。



チューブが実際に強度を高めたかどうかをテストするために、ボウヤー博士は同じ部品の 2 つのバージョンを 3D プリントしました。1 つは応力点 (FreeCAD の有限要素解析 (FEA) ツールによって特定) に中空チューブを追加したもの、もう 1 つは追加していないものです。 両方に同じ重量を加えたところ、確かにチューブ付きのほうが曲げに対する抵抗が 54% 高くなりました。 両方の部品を 20% の充填率で印刷すると、比較は明確になりますが、不完全です。 チューブを追加すると、その部品に使用されるプラスチックの量は増えるので、より公平な比較をするには、チューブに使用されているプラ​​スチックの量に合わせて、チューブのない部品の充填量を増やすことになります。 結果はチューブ上ではまだ強力かもしれませんが、科学を知ることは良いことです。




Bowyer 博士は、FEA ツールに自動的にプラグインするスクリプトを作成する予定です。 Simplify3D などの一部のスライス ソフトウェアでは、パーツのさまざまな領域の塗りつぶしを増やす方法が実装されていますが、これは垂直方向のみで、非常に便利です。 Bowyer 博士のスクリプトがスライス ソフトウェアに直接適用されると、大きなアップグレードになります。
出典: 3ders

ソフトウェア、FDM、南極のクマ

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