Как рассчитать прочность 3д напечатанного объекта?

Если я работаю со стандартным PLA и хочу напечатать коробку, на которой могу стоять без риска ее поломки, есть ли хороший способ рассчитать соответствующие настройки печати?

Я знаю, что прочность конструкции зависит от наполнителя. Зная это и зная размеры коробки, вес моего тела, площадь поверхности моей обуви и материал, с которым я работаю, есть ли хороший способ определить минимальный процент заполнения, который я хотел бы использовать, чтобы безопасно нести свой вес?

, 👍6

Обсуждение

различные настройки печати, различные PLA и даже различные условия окружающей среды могут влиять на прочность, что делает расчет ОЧЕНЬ сложным на требовательной основе., @dandavis

это [Структурная инженерия](https://en.wikipedia.org/wiki/Structural_engineering) проблема, @esoterik

Связанные https://3d-printery.ru/topics/109/ (но не совсем дубликат), @Sean Houlihane


3 ответа

2

Строго говоря, делать расчеты на этих материалах трудно, но не невозможно (я слышал о нескольких коммерческих инструментах анализа, которые это делают). Процесс FDM (Fused Deposition Modeling) создает изделие на основе сплавленных кусочков материала, вызывающих анизотропию материала (это означает, что свойства материала различны в разных измерениях). В принципе, ваш продукт будет довольно прочным и похожим в направлениях X и Y, но хрупким в направлении Z (направление наслоения). Вы можете себе представить, что каждый слой может быть семенем для роста трещин, когда вы тянете за деталь.

При приложении компрессионной нагрузки на изделие, как в вашем примере, стенки должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать давление (не всю нагрузку, так как, в зависимости от типа наполнителя, наполнитель также может/должен принимать часть нагрузки!) и иметь достаточно высокий процент, не только для того, чтобы принять часть нагрузки, но и для поддержки стен, чтобы предотвратить прогиб. Я помню, что расчеты напряжений для изгиба сложны и требуют FEA (конечно-элементного анализа) для более сложных объектов, отличных от стержней или балок.

Я думаю, что трудно заранее определить или рассчитать процент заполнения на основе нагрузки сжатия, так как вы не знаете точных свойств материала и поведения изгиба. Если вы знаете, что 100% заполнение даст вам достаточную силу и поддержку, вы можете попробовать печатать с более низким заполнением, например 75%, и проверить, работает ли это для вас.


,

хороший ответ, должны ли вы включить динамический аспект нагрузки? Допустим, человек с весом 90 кг встанет на табурет левой ногой, затем поднимет другую - это создаст большее давление, так как тело будет двигаться, чтобы приспособиться к движению правой ноги и равновесию, чтобы остаться на табурете...., @profesor79

@profesor79 Нет, не буду, так как в этом нет необходимости. На самом деле вы описываете статическую нагрузку, которая постепенно применяется. Кроме того, коэффициенты безопасности, действующие на механически сконструированных деталях, как правило, очень высоки, в отличие от коэффициентов безопасности, используемых на авиационно сконструированных деталях. Последние обычно подвергаются сложным расчетам с учетом усталости. Странно то, что расчеты усталостной долговечности исходили из железных дорог (осей), но в настоящее время не являются предметом для них (как для повышенных коэффициентов безопасности), а играют важную роль в конструкции самолета (двигателя)., @0scar

0

Быстрый способ сделать это - использовать SolidWorks.

Вы можете нарисовать в нем коробку и запустить имитационный тест с ожидаемой максимальной нагрузкой.

Вот ссылка на то, как заставить моделирование динамической нагрузки работать в SolidWorks, Как применить динамическую нагрузку в solidworks simulation ?

Загвоздка в этом процессе заключается в том, что SolidWorks принимает кубы и большинство объектов как полные твердые тела, то есть 100% заполнение в терминах 3D-принтера.

Вам придется на самом деле спроектировать свой шаблон заполнения в кубе, чтобы получить наилучший и наиболее точный результат.

,

Почти каждый полимер обладает нелинейными механическими свойствами, SolidWorks, как известно, плохо справляется с нелинейным моделированием ВЭД, поэтому не очень хороший способ рассчитать это для полимеров, @0scar

1

Я бы посоветовал сделать несколько калибровочных прогонов - конечно, это отнимет много времени и нити. Но заполнение даже на 30-40%, плюс достаточно толстый набор стен и верхних/нижних слоев, должно иметь почти такую же прочность, как и 100% заполнение. Посмотрите, например, на балки и балки автомобильных мостов. Как писал Оскар, моделирование с помощью инструментов FEA ненадежно, тем более что каждый экструзионный принтер немного отличается.
Попробуйте напечатать тестовую коробку, скажем, только 10 на 10 см, той же высоты, и посмотрите, сможете ли вы встать на нее, прежде чем печатать полноразмерный предмет.

,

вы имеете в виду поле "тест", а не "текст", я прав?, @profesor79

@profesor79 упс.... хотя это было бы довольно забавно в виде текстового поля., @Carl Witthoft

Я просто запустил здесь свое воображение ... как разработчик программного обеспечения :), @profesor79

-Попробуйте напечатать тестовую коробку, скажем, только 10 на 10 см, той же высоты, и посмотрите, сможете ли вы встать на нее, прежде чем печатать полноразмерный предмет. Но насколько это было бы ценно, когда хорошо известно, что вещи становятся менее сильными по мере того, как они становятся больше? (Закон квадрата-куба.), @Mason Wheeler

@mason это неприменимо здесь, где мы заботимся только о прочности на раздавливание по одной оси., @Carl Witthoft

@CarlWitthoft Для дальнейшего развития вашего четкого понимания недостатков этих методов ("тем более, что каждый экструзионный принтер немного отличается`). Обратите внимание, что хотя свойства пластика могут быть известны, из-за этих различий в принтерах или экструдерах не следует считать само собой разумеющимся, что свойства осажденного пластика имеют сходные свойства. Если присмотреться, то есть локальные пустоты, под выдавливаниями, разделениями и так далее. Это особенно проблема при лазерной печати металлическим порошком. Еще большая проблема заключается в сертификации компонентов, изготовленных по этим технологиям!, @0scar

Смотрите также: