如何计算打印物体的强度?

3D打印 印刷强度
2021-04-26 14:57:14

如果我正在使用标准 PLA,并且我想打印一个我可以站立而没有任何破裂风险的盒子,有什么好的方法可以计算适当的打印设置吗?

我知道结构强度来自填充物。知道这一点,并知道盒子的尺寸、我的身体重量、我的鞋子的表面积以及我正在使用的材料,有没有什么好的方法来确定我想要使用的最小填充百分比为了安全地承受我的体重?

3个回答

严格来说,很难对这些材料进行计算,但并非不可能(我听说过一些商业分析工具可以这样做)。FDM 工艺(熔融沉积建模)基于材料的熔融切片创建产品,导致各向异性材料(这意味着材料的特性在不同维度上是不同的)。基本上,您的产品在 X 和 Y 方向上非常坚固且相似,但在 Z 方向(分层方向)上却很脆弱。您可以想象,当您拉动零件时,每一层都可能是裂缝生长的种子。

当在您的示例中对产品施加压缩载荷时,壁需要足够坚固以承受压力(并非所有载荷,因为根据填充物的类型,填充物也可以/应该承担部分载荷!) 并且需要具有足够高的百分比,不仅要承担部分载荷,还要支撑墙壁以防止屈曲。我记得屈曲的应力计算很困难,并且需要 FEA(有限元分析)来处理除杆或梁以外的更复杂的对象。

我认为很难根据压缩载荷预先确定或计算填充百分比,因为您不知道确切的材料特性和屈曲行为。您确实知道 100% 填充会为您提供足够的强度和支撑,您可以尝试以较低的填充(例如 75%)进行打印,然后测试这是否适合您。

我建议进行一些校准运行——当然这会消耗大量时间和灯丝。但是即使是 30% 到 40% 的填充物,加上相当厚的一组壁和顶层/底层,也应该具有与 100% 填充物几乎相同的强度。例如,看看公路桥梁上的大梁和横梁。正如 Oscar 所写,使用 FEA 工具建模是不可靠的,更是如此,因为每台挤出打印机都略有不同。
尝试打印一个测试盒,比如只有 10 x 10 厘米,高度相同,然后在打印全尺寸物品之前,看看你是否能站在它上面。

一种快速的方法是使用 SolidWorks。

您可以在其中绘制框并以预期的最大负载运行模拟测试。

这是有关如何在 SolidWorks 中进行动态载荷模拟的链接,如何在 SolidWorks 模拟中应用动态载荷?

这个过程中的问题是,SolidWorks 将立方体和大多数对象作为完整的实体,即 3D 打印机术语中的 100% 填充。

您必须实际将填充图案设计到立方体中,以获得最佳和最准确的结果。