Adrian Bowyer博士：在3D打印部件中添加空心管使性能更強

在3D打印領域，最負責的社區(qū)組織可以說是RepRap項目。2018年12月3日，南極熊從外媒獲悉，他們剛剛給了我們另一個智慧的金塊，RepRap Ltd的Adrian Bowyer博士寫了一個FreeCAD Python宏，它通過數(shù)字模型隨機插入有角度的空心圓柱體，可以增加零件3D打印的強度。

通常，我們認為部件填充的越實，它就越強。因此，在整個零件中添加空心管似乎是一種加強它的反直覺方式。這背后的理論依賴于切片程序產(chǎn)生的填充方式;填充是無法看到的3D打印內(nèi)部，它是空間密度/堅固度的衡量標準。 FDM（熔融沉積）3D打印通常不會打印實體，因為這樣做效率低，耗費時間和材料更多。

因此，切片程序通過生成最受歡迎的方格網(wǎng)格，三角形或蜂窩圖案來填充3D打印內(nèi)部的大部分空間。用戶將填充密度設置為百分比，0％創(chuàng)建一個完全空心的外殼，100％創(chuàng)建一個完全堅固的部分。絕大多數(shù)3D打印都設置為15％到30％之間的填充，因為它是光和強的完美結合。大多數(shù)切片機的缺點之一是只能將一個填充密度應用于零件;密度總是均勻地分散在整個3D打印零件中。

不幸的是，機械應力很少均勻地分散在3D打印件上。在施加重量或壓力的特定區(qū)域中，應力通常較大。通過加長填充物來增強這些應力點的強度將增加整個部件的密度并使用比技術要求更多的材料。 Bowyer博士希望在選定的區(qū)域增加密度，而空心圓柱體可以實現(xiàn)這一點，因為用于制造管壁的塑料。雖然管本身是空心的，但它們的壁是堅固的。使管子成角度可以在多個軸上擴展堅固性，同時還提供一些防止分層（層的分離）的保護。

為了測試管子是否真正增加了強度，Bowyer博士3D打印了同一部件的兩個版本：一個在應力點添加了空心管（由FreeCAD的有限元分析（FEA）工具確定），另一個沒有。 對兩者施加相同的重量，并且當然，具有管的那個具有54％的抗彎曲性。 通過使用20％填充物打印兩個部件，比較是有啟發(fā)性的但是不完整。 添加管確實增加了該部件的塑料用量，因此更公平的比較是增加部件的填充而不使管與管的塑料用量相匹配。 結果可能仍然會對管子產(chǎn)生強烈的影響，但知道科學知識會很好。

Bowyer博士計劃編寫一個腳本，該腳本將自動插入FEA工具。 一些切片軟件如Simplify3D已經(jīng)實現(xiàn)了增加零件不同區(qū)域填充的方法，但只是垂直方向，這只是非常有用。 看到Bowyer博士的腳本直接應用于切片軟件將是一次重大升級。

編譯自：3ders