RepRap創(chuàng)新開源軟件，可3D打印鋼一樣堅(jiān)硬的斑紋梁

導(dǎo)讀：2021年8月17日，南極熊獲悉，開源3D打印機(jī)的開發(fā)商RepRap公司開發(fā)了一套最新的Python程序，使用戶能夠3D打印低成本的基于PLA材料的梁，其硬度與鋼制同類產(chǎn)品相差無幾。

這個(gè)開源的FreeCAD程序設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于操作便捷、易于使用，因?yàn)樗�只要求用戶指定一些非常基本的參�?shù)。這包括梁的長度、寬度和高度，以及支桿的厚度和梁兩端安裝塊的直徑和螺絲孔的數(shù)量。然后，該腳本會(huì)依據(jù)參數(shù)自動(dòng)生成整個(gè)梁的3D打印模型。

RepRap已經(jīng)用Creality的無限Z型帶CR-30系統(tǒng)測試了其程序，該系統(tǒng)可以打�。ɡ碚撋希�無限長的梁。這套腳本同樣適用于標(biāo)準(zhǔn)FFF系統(tǒng)，但如果沒有傳送帶，打印的橫梁將被限制在構(gòu)建板的長度內(nèi)。

RepRap公司在一篇博文中寫道："很多人在這種類型的機(jī)器上打印了長工字梁，但我們認(rèn)為，我們要寫一個(gè)Python FreeCAD程序來生成更適合3D打印的參數(shù)化梁，利用這種技術(shù)的復(fù)雜性或多或少是免費(fèi)的，而且無限長帶式打印機(jī)可以打印許多懸空的形狀，而無需支撐材料。"

△由RepRap的設(shè)計(jì)腳本自動(dòng)生成的高剛度梁。圖片來自RepRap

軟件工作原理

這款新型軟件將梁的結(jié)構(gòu)表示為四面體的重復(fù)塊，眾所周知，四面體是非常堅(jiān)固的，大部分材料都集中在外表面。這使結(jié)構(gòu)具有較高的橫截面積的第二動(dòng)量，在所有方向上提供充足的抗彎能力。對(duì)角線支柱也是有角度的，以確保具有45°印刷角度的帶式打印機(jī)可以制作整個(gè)梁，而無需使用支撐材料。

RepRap的程序還在每根梁的兩端自動(dòng)生成安裝單元，使梁可以用螺栓固定在彼此或其他物體上。較大的孔是為了讓電線、管子和驅(qū)動(dòng)軸等部件沿著梁的中心運(yùn)行，而較小的孔則允許在大孔周圍有角度的增量。

△CrealityCR-30上的光束打印。照片來自RepRap

像鋼鐵一樣堅(jiān)硬

為了測試Python腳本效果如何，RepRap3D打印了一組PLA梁，并使用一個(gè)簡單的重量和千分表裝置對(duì)其中一個(gè)梁進(jìn)行了彎曲測試。打印的梁的長度為175毫米，重量為47.7克。它的剛度被確定為1.02 x 10-⁴ mN-1，而它的彎曲剛度（楊氏模量*面積的第二矩）被計(jì)算出結(jié)果為17.5Nm2。

RepRap計(jì)算出同樣長度（175毫米）的5毫米正方形鋼梁也將重約47克。盡管鋼梁在物理上比打印的對(duì)應(yīng)物要小，但RepRap3D公司所3D打印得個(gè)PLA梁結(jié)構(gòu)卻可以表現(xiàn)出與相同重量鋼結(jié)構(gòu)相差無多的硬度。此外，使用3D打印可以實(shí)現(xiàn)梁的可變尺寸，使各種結(jié)構(gòu)參數(shù)集成到梁的內(nèi)部，并可以輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的附加結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)。

RepRap的開源Python程序可以在Github這里找到，相關(guān)鏈接：GitHub - RepRapLtd/Infinite-Z-Beam: Beam designs for infinite Z 3D printers。

△兩根3D打印的PLA橫梁固定在一起。照片來自RepRap

當(dāng)涉及到真正利用3D打印來賦予設(shè)計(jì)自由時(shí)，增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）軟件是不可或缺的。今年早些時(shí)候，3D打印機(jī)制造商Stratasys和工程軟件開發(fā)商nTopology在其FDM夾具生成器設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具中增加了一個(gè)新的遮蔽夾具模塊。該軟件旨在簡化3D打印夾具、固定裝置和其他工具的設(shè)計(jì)過程。

在其他地方，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員先前開發(fā)了一個(gè)計(jì)算DfAM框架，能夠自動(dòng)設(shè)計(jì)復(fù)雜的多流噴嘴。這套框架作為當(dāng)今工程師使用的傳統(tǒng)CAD軟件的替代品，同時(shí)允許非專業(yè)用戶專門為增材制造工具的目的來設(shè)計(jì)復(fù)雜的幾何形狀，如FDM噴嘴。