Verbessern der RepRap-Drucke ohne viel Arbeit

In einem Blog-Post für RepRap Ltd. hat Dr. Adrian Bowyer, der Erfinder von selbstreplizierenden 3D-Druckern, eine mögliche Methode zum Erstellen stärkerer 3D-Druckobjekte beschrieben.

Ein neuartiger Ansatz, die Methode von Dr. Bowyer, zeigt eine Möglichkeit, Faserverstärkungen im 3D-Druck zu erzeugen, ohne tatsächlich einen faserverstärkten Faden zu verwenden.

Die Idee von Dr. Bowyer erwägt, dem Inneren eines 3D-gedruckten Teils eine Auswahl von Hohlzylindern hinzuzufügen. Der Rest des Objekts ist 3D-massiv gedruckt, sodass diese Zylinder gewissermaßen als alternatives Füllmuster wirken. Wie Dr. Bowyer erklärt: “Wenn das Teil gesliced wird, umgibt der Slicer den Zylinder automatisch mit festem Material, so dass er wie eine Länge aus starker Faser ist, die in ein schwächeres Material eingebettet ist.”

Mit anderen Worten, anstelle von absichtlichen Fehlern, die tatsächlich Teile schwächer machen, wirken die Zylinder aufgrund der Innenwände, die sie im Teil erzeugen, wie Glas- oder Kohlefasern.

3D-gedruckte Komponenten sind häufig auf einer bestimmten Achse schwächer. Dies liegt daran, dass FFF-3D-gedruckte Teile anisotrop sind. “Insbesondere neigen sie dazu, in Schichtrichtungen (z. B. X und Y) stärker zu sein als in Z-Richtung.” erläutert Dr. Bowyer in einem früheren Beitrag, der mit diesem Konzept verbunden ist. Die Ausrichtung dieser “Fasern” dient dann dazu, etwas von diesem Ungleichgewicht auszugleichen.

“Natürlich werden abgewinkelte Zylinder geschichtet”, fügt er hinzu, “aber sie sollten noch viel stärker sein als Füllung.”

Um dieses Konzept in die Praxis umzusetzen, hat Dr. Bowyer einen hohlfaserverstärkten Probenträger mit einem Loch am Ende zum Aufhängen von Gewichten erstellt.

Er wird dann die Steifigkeit zwischen diesem Teil und einem nicht verstärkten Teil mit dem hinzugefügten Gewicht vergleichen. Wenn die Tests den Zylinderverstärkungen zugute kommen, ist der Plan, Code zu schreiben, der es ihm ermöglicht, automatisch Verstärkungszylinder basierend auf schwachen Bereichen hinzuzufügen, die durch die Finite-Elemente-Analyse (FEA) identifiziert wurden.

Die Last-Durchbiegungskurven sind etwas nichtlinear, wie es für Kunststoffe zu erwarten wäre, bei denen es sich nicht um hakenartige Materialien handelt. Die Steifigkeit des nicht verstärkten Steuerträgers vereinfacht sich zu den Geraden mit den kleinsten Quadraten. Die Steifheit des Trägers mit den verstärkenden zylindrischen Hohlräumen beträgt 7,7 N/mm (dies sind die Kehrwerte der Grafik Farbverläufe). Das ist eine Verbesserung um 54%.

Eine Idee wäre die Zylinder mit einem Doppeldüsen-3D-Druckers, den Großteil des Objekts aus einem Material herzustellen und die “Fasern” mit einem anderen, stärkeren Filament zu füllen.