Strategien für die Faserverstärkung
Der Schlüssel zur Erzielung von Festigkeit beim 3D-Druck mit Endlosfasern liegt darin, dass Sie verstehen, wo Sie Stränge oder Platten so einsetzen können, dass sie die Belastungskräfte bei Zug oder Biegung verteilen, wie wir in Physik des 3D-Drucks beschrieben haben. Im Folgenden stellen wir Ihnen einige Methoden vor, mit denen Sie die Fasern in Ihrem Bauteil identifizieren und platzieren können, um die Festigkeit dort zu erhöhen, wo Sie sie benötigen.

Das Design für die Faserverstärkung ähnelt dem Design für den einfachen 3D-Druck, wobei die Anforderungen an die Festigkeit zusätzlich berücksichtigt werden.

1. Identifizieren Sie die Belastungsbedingungen
Schauen Sie sich Ihre Konstruktion an. Wo wird sie Biegekräften ausgesetzt? Zugkräfte? Druckkräfte? Wenn Sie sich nicht sicher sind, überlegen Sie, wie die Kräfte durch andere Teile übertragen werden – zeichnen Sie ein Diagramm, wenn Sie müssen! Dies wird Ihnen helfen, eine fundierte Entscheidung über Ihre Faserverlegungsstrategie zu treffen.

2. Bestimmen Sie die Druckausrichtung
In welche Richtung wirken die größten Kräfte auf Ihr Teil? Sie sollten Ihr Teil so ausrichten, dass diese Kräfte größtenteils in einer Ebene mit dem Druckbett verlaufen, um die Fasern auf Biegung oder Zug zu belasten. Wenn Sie viele große Kräfte haben, die sich über mehrere Achsen erstrecken, sollten Sie in Erwägung ziehen, das Design zu ändern oder es in mehrere Teile aufzuteilen.

3. Bestimmen Sie die Verstärkungsbereiche
Welche Flächen oder Segmente müssen aufgrund der Belastungsbedingungen verstärkt werden? Überlegen Sie dann, welche Bewehrungsarten Sie in diesen Bereichen einbauen müssen.

4. Faserplatten ausgleichen
Wenn nur eine Seite eines Teils verstärkt wird, kann es sich aufgrund einer ungleichmäßigen Sandwichplatte verziehen, wenn eine Seite verstärkt ist und die andere nicht, oder wenn eine Seite einen ganz anderen Querschnitt hat als die andere. Wenn eine Schichtgruppe Ihres Teils verstärkt ist, gleichen Sie die Sandwichplatte aus, indem Sie eine gleichwertige Schichtgruppe auf der am weitesten entfernten Z-Schicht mit einem ähnlichen Querschnitt verstärken.

5. Bestätigen Sie die Faserverlegung
‍Passt die Faser in die Bereiche, die Sie benötigen? Können Sie kontinuierliche Faserstränge verfolgen, die entlang der Lastpfade verlaufen und sich gegen die Kraft „abstützen“? Wenn nicht, müssen Sie möglicherweise die Fasereinstellungen anpassen oder Features ändern, damit die Fasern an den gewünschten Stellen verlaufen. Denken Sie daran, dass Fasergruppen mindestens vier Kunststoff-Dach- und Bodenschichten benötigen, um gedruckt werden zu können, so dass alle Flächen, die eine Verstärkung benötigen, vier Schichten von der nächsten Dach- oder Bodenschicht entfernt beginnen müssen.

Im Folgenden wird eine grundlegende Strategie zur Verstärkung eines gedruckten Teils beschrieben. Mit dieser Strategie wird sichergestellt, dass Ihr Teil im Allgemeinen stark und widerstandsfähig gegen Biege- und Stoßkräfte in jeder Achse ist. Wie bereits beschrieben, ist es wichtiger, die Randbereiche Ihres Teils zu verstärken als den Kern, daher werden wir Ihnen zeigen, wie Sie ein Teil „ummanteln“ können, um rundum effiziente Festigkeit zu erzielen.

Die Ummantelung ist ein sicherer Weg, um jedes 3D-gedruckte Teil mit Endlosfasern zu verstärken, da sie vor den meisten Belastungsbedingungen schützt.

1. Isotrope Platten auf den am weitesten entfernten Z-Lagen
Um die Biegefestigkeit zu maximieren, ist ein Sandwich-Paneel mit 2-4 Lagen isotroper Fasern auf der oberen und unteren Ebene des Bauteils zu erstellen, wobei kleine Oberflächenextrusionen ausgeschlossen werden. Die Faserlagen sollten oberhalb der vier „Boden“-Lagen beginnen oder unterhalb der vier „Dach“-Lagen einer bestimmten horizontalen Fläche enden.

2. Isotrope Platten bei zwischenzeitlichen großen Geometrieänderungen
‍ Fügen Sie 2-4 Schichten isotroper Fasern unterhalb oder oberhalb von Flächen hinzu, die große Änderungen der Teilegeometrie bedingen, wobei wiederum vier „Dach“- und „Boden“-Schichten zu berücksichtigen sind.

3. Innere Lochverstärkung für Schraubenlöcher in der Z-Achse
Verstärken Sie die Bolzenlöcher der Z-Achse mit zwei Ringen aus konzentrischen Fasern. Verwenden Sie „nur innere Löcher“, wenn Sie keine Seitenlastverstärkung benötigen, oder verwenden Sie „alle Wände“, um Schritt 4 zu umfassen. Dadurch wird die von der Schraube ausgeübte Druckkraft verteilt und eine zusammengesetzte „Hülse“ geschaffen, die allen außermittigen Torsionsbelastungen widersteht, denen die Schraube ausgesetzt ist.

4. Außenwandbewehrung für etwaige Seitenlasten
‍Um die Biegefestigkeit um die Z-Achse zu maximieren und gegen Seitenlasten zu verstärken, verstärken Sie die Außenwände des Teils mit zwei Ringen aus konzentrischen Fasern. Verwenden Sie „nur Außenschale“, wenn Sie keine Schraubenlöcher in der Z-Achse haben, oder verwenden Sie „alle Wände“, um Schritt 3 zu umfassen. Dadurch werden auch alle Löcher mit Achsen in der XY-Ebene verstärkt.

Wenn Sie spezifischere Belastungsbedingungen berücksichtigen müssen, können Sie verschiedene Taktiken anwenden, um bestimmte Bereiche zu verstärken, bestimmte Teileabschnitte zu verstärken oder die Faserplatzierung zu kontrollieren. Nachfolgend finden Sie einige einzigartige zusätzliche Strategien, die Sie in Ihrem Teil anwenden können.

Verwenden Sie Faserstreifen, um eine höhere Biegefestigkeit zu erzielen. Sie können Ihre Teile auch streifen, um ungleichmäßige Sandwichplatten auszugleichen.

Um die Biegefestigkeit in der XY-Ebene zu erhöhen, können Sie „Streifen“ aus ISOTROPIC FIBER über mehrere Z-Lagen hinweg anbringen. Dies ist am effektivsten bei dickeren Teilen, die einen relativ gleichmäßigen oder symmetrischen Querschnitt haben, da durch die Faserstreifen mehrere übereinanderliegende Sandwichplatten entstehen, die das Teil beim Biegen noch weiter verstärken.

Wenn Sie Ihre 3D-Druckteile mit Rippen versehen, werden die Fasern gezwungen, bestimmten Belastungspfaden zu folgen.

Sie können Fasern in bestimmte Richtungen mit verstärkten Rippen oder Ausschnitten verlegen, die den Lastpfaden von Kräften folgen, die auf Ihr Teil einwirken. Sie können die Fasern zwingen, diesen Belastungspfaden zu folgen, indem Sie konzentrische Fasern zur Verstärkung um die Ausschnitte oder Wände herum anbringen.

Faserwinkel können verwendet werden, um in bestimmte Richtungen zu verstärken.

Mit dem Werkzeug „Faserwinkel“ können Sie das „Zickzack“ der isotropen Fasern in eine bestimmte Richtung lenken, um sie besser an die auf Ihr Teil einwirkenden Kräfte anzupassen. Die Standardeinstellung dreht das Füllmuster in jeder Schicht um 45 Grad. Sie können dies jedoch ändern, indem Sie im Dialogfeld „Faserwinkel“ einen bestimmten Winkel oder ein Muster von Winkeln für eine beliebige Schicht, eine beliebige Gruppe von Schichten oder für das gesamte Teil eingeben.

Sie können Probleme mit der Festigkeit der Z-Achse beim 3D-Druck umgehen, indem Sie Schrauben durch Ihr Teil führen.

Mit cleveren Konstruktions- und Verstärkungsstrategien können Sie eine höhere Festigkeit in mehreren Achsen erreichen. Wenn Sie eine Schraube durch Ihr Bauteil führen und die komprimierten Oberflächen mit isotropen Fasern verstärken, kann dies das Bauteil verstärken und verhindern, dass Scher- oder Zugkräfte das Bauteil an den Schichtlinien spalten. Sie können den Bereich um die Schraube herum mit konzentrischen Fasern verstärken, so dass sich diese Kräfte in Form von Biegekräften auf die Fasern verteilen.