3D-printen de sterkste schakel

Opmerking van de schrijver:er zijn geen zware machines beschadigd bij het maken van deze blogpost. Hetzelfde kan niet gezegd worden van de prototypes die hieronder worden besproken - we hadden veel te veel plezier om die te breken!

Zomerstagiairs bij Markforged hebben geweldige mogelijkheden om te werken aan geavanceerde 3D-printtechnologie, en een van de grote voordelen van onze werkomgeving is de vrijheid om hun creativiteit te laten floreren, terwijl ze profiteren van onze grote interne printerfarm. Afgelopen zomer wilden twee van onze stagiaires de grenzen van onze materialen verleggen en zien hoeveel gewicht ze konden tillen met een enkele met koolstofvezel versterkte kettingschakel. Ze richtten zich op het optillen van een cementwagen van 10 ton als doel voor hun ontwerp, omdat ze redeneerden dat een industriële 3D-printer een industrieel voertuig zou moeten kunnen optillen.

Hun oorspronkelijke ontwerp was een schakel gebaseerd op een typische ovale schakelketting die in de onderstaande afbeelding wordt weergegeven. Dit type ketting is een zeer veel voorkomende geometrie en was daarom een ​​natuurlijk startpunt in het ontwerpproces. De verbinding werd gedimensioneerd voor trekproeven in een Instron 5582 Universal Testing Machine (UTM) met een capaciteit van 100 kN, gelegen aan het Olin College of Engineering. Het hoge laadvermogen van de machine stelde ons in staat om alle 3D-geprinte kettingschakels te testen met het gewicht van een cementwagen zonder zware machines in gevaar te brengen.

Als een volledig tangentiële kanttekening, als je nog nooit hebt gezien hoe ketting wordt geproduceerd, is het een fascinerend voorbeeld van slimme fabricagetechniek, en deze video van How It's Made is absoluut fascinerend.

Toen onze stagiaires enkele eerste prototypes begonnen te testen, ontdekten ze al snel dat wat werkt voor gehard staal, niet noodzakelijkerwijs werkt voor koolstofvezel. Omdat de kettingschakel volledig is vervaardigd uit concentrische vezelvulling, weerstond de koolstofvezelversterking meestal alleen krachten in de trekrichting, en terwijl de ketting werd uitgerekt, hadden de zijkanten van de ketting de neiging naar elkaar toe te buigen, waardoor de kettingschakel bezweek veel eerder dan anders zou moeten (zie onze berichten hier en hier voor meer informatie over ontwerpen met onze zeer sterke vezelvullingen). Stalen kettingschakels hebben niet de neiging om op dezelfde manier te falen, omdat ze veel minder directionele of anisotrope eigenschappen hebben dan de koolstofvezelschakel.

Om dit voortijdige falen tegen te gaan, voegden ze een centraal verstevigingselement toe om te voorkomen dat de zijkanten knikken. Ten slotte begonnen ze met wat een 72-uur durende print bleek te zijn met zes spoelen koolstofvezel voor de definitieve versie.

Ik zou je kunnen vertellen wat er gebeurde toen we hem in de Instron monteerden, maar je zult veel meer plezier beleven aan het kijken.