如何設(shè)計更耐用的3d 印刷零件

在上一篇文章《如何設(shè)計更耐用的3D打印零件(1)》中，我們介紹了幾種簡單有效的方法來預(yù)測和提高零件的承載能力。3D掃描在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。3D打印建模實際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。3D打印一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，該技術(shù)最早在20世紀80年代中期由美國提出。

我們可以延續(xù)發(fā)展之前的部分，一次說個清楚吧。

堅硬度

任何材料受到壓力時，都會不可避免地彎曲。為了弄清彎曲的原因，回想一下前面文章中的模型，簡單的橫桿。

在橫木一側(cè)強制后彎曲條件

橫木受力后的彎曲度，計算模型公式進行如下：

d = Fbend* L3 / ( 3 * E * Ix )

如果我們看一下這個公式，我們就會明白其中的原理。

真正有趣的是，彎曲與橫截面時刻成反比，換句話說，其他參數(shù)保持不變，橫截面時刻直接決定部分的硬度。正如我們在上一篇文章中提到的，橫斷面的時刻是材料在橫木橫截面的分布。

當然，這個公式告訴我們的不多，所以讓我們回到前一篇文章中的截面彎矩公式:

Ix = w * h3 / 12

我明白了！矩形橫桿的剛度不僅與寬度成正比，還與厚度成正比。這個公式只適用于矩形截面，但其他類似形狀也有這樣的特點。

雖然學習數(shù)學模型計算方法有點枯燥，但試著回想上一篇介紹的實驗，我們把零件的承載管理能力提升為三倍，以下是一些問題解決生活方式對截面矩的影響：

1.三倍寬度。由于寬度以線性方式影響方程，所以寬度增加三倍，硬度增加三倍，也就不足為奇了。

2.第二種方法是將厚度從1毫米增加到1.73毫米，從而將截面彎矩增加1.733/13 ≈ 5.18倍。換句話說，如果你稍微調(diào)整一下厚度，它不僅會變得更堅固，還會增加五倍的硬度。是不是很有意思？

3. 第三個發(fā)展方式是打造工字梁，我之前說過工字梁的截面矩難以進行計算，但利用CAD軟件或在線電子計算器系統(tǒng)即可可以得出Ix數(shù)值不斷變化，馬上開始就能得到確認時間截面矩從原本~0.417 mm 變成~3.246 mm，幾乎快增加了八倍。這是一個驚人的成長，比我們自己原本企業(yè)預(yù)計的承載管理能力好太多了。

稍微調(diào)整零部件的形狀，一方面可以減輕重量，另一方面可以提高承載能力，即使是丙烯腈、聚醚醚酮等高檔材料也未必能達到這個水平。

這就是所謂的工業(yè)設(shè)計技術(shù)：沒有航天級材料，只要一個簡單的技巧，塑料零件就可以結(jié)合耐用、堅固、輕巧、緊湊等優(yōu)點。

上一篇：什么是生物3D打印？
下一篇：3D打印機的“小”東西