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圍觀|群鹿角逐!看Xtrac Engineering Team 如何利用連續(xù)增強(qiáng)材料贏得本場比賽!
發(fā)布時間：2022-04-14
2021年，Markforged與Advantage 3D Solutions合作舉辦了一場增材制造設(shè)計的比賽，設(shè)計一款最強(qiáng)的部件。45個參賽團(tuán)隊，只有5個團(tuán)隊可進(jìn)入決賽環(huán)節(jié)。
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比賽流程
憑借碳纖維、Kevlar、玻璃纖維和HSHT(高溫高強(qiáng)度)玻璃纖維等連續(xù)纖維增強(qiáng)零件的能力，Markforged專業(yè)3D打印機(jī)旨在生產(chǎn)強(qiáng)度高、重量輕的零件并限制零件成本。在每輪比賽中，他們可以自由選擇各種纖維，比如玻璃纖維或者碳纖維等。
比賽方式
每一輪都有其獨特的挑戰(zhàn)。參賽團(tuán)隊通過使用CAD設(shè)計零件，并在基于Eiger云的3D打印機(jī)軟件實施連續(xù)纖維增強(qiáng)方法，來生產(chǎn)最強(qiáng)的零件，以應(yīng)對特定的挑戰(zhàn)。參賽隊通過將零件保存在Advantage 3D的Eiger Fleet帳戶中的數(shù)字庫來提交零件。
隨后Advantage 3D Solutions會在Markforged專業(yè)的3D打印機(jī)上打印出每個零件并進(jìn)行測試，以判斷哪個零件最堅固。
獲勝的團(tuán)隊會獲得一臺全新的Markforged 3D打印機(jī)。
?? 比賽內(nèi)容
NO.1 用Onyx打印支架
專業(yè)的3D打印機(jī)可以打印支架，支架是現(xiàn)代工程的支柱，用于提高組件的剛度，增加設(shè)計的模塊化以及安裝傳感器和執(zhí)行器等關(guān)鍵硬件。本輪比賽包括兩個要求，首先，該零件只能使用Onyx(無連續(xù)纖維增強(qiáng))材料，其次，零件材料成本不得超過25.00美元。
45個團(tuán)隊中，獲得前25名的隊伍進(jìn)入第二輪比賽。
NO.2 用連續(xù)纖維打印支架
晉級的團(tuán)隊需要設(shè)計另一個支架，這一次可以使用連續(xù)纖維增強(qiáng)(CFR)技術(shù)來加強(qiáng)他們的零件。
在專業(yè)3D打印機(jī)上用連續(xù)纖維加固零件會增加額外的成本。所以，這一輪，每個零件的材料成本提高到35.00美元。本場比賽需要制造團(tuán)隊考慮到底使用哪種纖維(碳纖維、玻璃纖維、Kevlar、高溫高強(qiáng)度玻璃纖維)以及使用哪種連續(xù)纖維方法才能打印最強(qiáng)部件。
在這25個團(tuán)隊中，只有前五名能進(jìn)入決賽。
NO.3 縮小差距
決賽的內(nèi)容是設(shè)計可以用Markforged專業(yè)3D打印機(jī)制造的最堅固的橋梁。每個橋要連接一組叉車之間的16英寸間隙，所有連續(xù)纖維材料均可用，零件材料成本限制為175.00美元。在這項挑戰(zhàn)中，所有零件必須由Markforged專業(yè)3D打印機(jī) X7打印。
下面就給大家簡單介紹下，前五名團(tuán)隊是如何在決賽中使用各種纖維增強(qiáng)方法來制作他們的部件。到底哪組團(tuán)隊能夠成功獲勝并帶回家一臺全新的Markforged專業(yè)3D打印機(jī)呢！
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SSC
01
第一組SSC的橋是由Onyx制成的兩部分組件，使用玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維。SSC選擇在器件外部使用同心纖維。他們選擇了70層同心纖維——用于橋梁組件的兩個零件。Advantage 3D使用Markforged專業(yè)的3D打印機(jī)制造零件并測試組裝好的橋，最后發(fā)現(xiàn)SSC橋梁的斷裂點為95.0kg。
SSC選擇在器件外部使用同心纖維，他們選擇了70層同心纖維——用于橋梁組件的兩個組件
紫色顯示的同心纖維增強(qiáng)
Mac Valves
02
第二組是Mac Valves。這個團(tuán)隊設(shè)計了由三部分組成的橋梁。該組件的每個部件都由Onyx制成，并用玻璃纖維作為增強(qiáng)纖維進(jìn)行增強(qiáng)。
Mac Valves用各向同性纖維加固了橋的每個臂，這意味著該部件包括一層或多層完整的交叉連續(xù)纖維。對于每個臂，Mac valve選擇三層各向同性纖維增強(qiáng)材料。Advantage 3D在專業(yè)3D打印機(jī)上制造了單個組件并進(jìn)行組裝。結(jié)果，這座3D打印的橋梁在斷裂前重達(dá)112.5kg。
顯示三個各向同性纖維層的局部視圖
Eiger內(nèi)部視圖顯示橋梁中間構(gòu)件的加固策略
各向同性纖維放置在零件的頂部和底部
Black Dog Form
03
第三組是Black Dog Form。他們是用三個組件組成了這座橋——兩個臂和一個由Onyx制成的鏈接組件，并用玻璃纖維加固。但Black Dog Form還利用條紋模式的同心纖維進(jìn)行強(qiáng)化。測試的結(jié)果是272.5kg。
Eiger中臂部件的實際局部視圖，用黃色表示連續(xù)纖維層
Eiger中的鏈路部件的實際局部視圖，用黃色表示同心纖維層
Xtrac Engineering
04
Xtrac Engineering是第四組隊伍。他的方法和前三組隊伍不同，Xtrac采用了不同的纖維增強(qiáng)方法，選擇使用少量的碳纖維來增強(qiáng)Onyx部件。
Xtrac的橋由兩個臂和一個連接夾組成。在外部，Xtrac設(shè)計的每個橋臂在所有墻壁上都有同心碳纖維加固；在零件中部，僅在內(nèi)孔上用碳纖維加固。連接夾用各向同性碳纖維加固。
Advantage 3D用Markforged專業(yè)3D打印機(jī)制造了這個組件，組裝了橋梁并進(jìn)行測試，結(jié)果是901.0kg！
在外部，Xtrac設(shè)計的每個橋臂在所有墻壁上都有同心碳纖維加固
內(nèi)部Eiger視圖僅顯示內(nèi)部孔中的同心碳纖維加固
內(nèi)部Eiger視圖顯示各向同性碳纖維增強(qiáng)
比賽結(jié)果
在我們的增材制造設(shè)計競賽的決賽中，不幸的是第五個參賽團(tuán)隊Skylark沒有完成他們的橋梁，獲得了第5名。
Xtrac Engineering — 901.0kg
Black Dog Form — 272.5kg
Mac Valves — 112.5kg
SSC — 95.0kg
Skylark —未完成
本場比賽告訴我們，利用連續(xù)纖維增強(qiáng)材料(CFR)和高強(qiáng)度纖維(如碳纖維)不僅可以生產(chǎn)出非常堅固的零件。憑借正確的加固方法，制造商也可以獲得相應(yīng)的零件，同時使用碳纖維的成本和使用便宜的纖維材料(如玻璃纖維)成本是一樣的。