Impresión 3D del enlace más fuerte

Nota del escritor:No se dañó maquinaria pesada durante la realización de esta publicación de blog. No se puede decir lo mismo de ninguno de los prototipos que se analizan a continuación:¡nos divertimos demasiado rompiendo esos!

Los pasantes de verano en Markforged tienen increíbles oportunidades de trabajar en tecnología de impresión 3D avanzada, y uno de los grandes beneficios de nuestro entorno de trabajo es la libertad de dejar florecer su creatividad, mientras aprovechan nuestra gran granja de impresoras interna. El verano pasado, dos de nuestros pasantes querían superar los límites de nuestros materiales y ver cuánto peso podían levantar con un solo eslabón de cadena reforzado con fibra de carbono. Apuntaron a levantar un camión de cemento de 10 toneladas como objetivo de su diseño, con el razonamiento de que una impresora 3D de potencia industrial debería poder levantar un vehículo industrial.

Su diseño inicial era un eslabón basado en una típica cadena de eslabones ovalados que se muestra en la imagen de abajo. Este tipo de cadena es una geometría extremadamente común y, por lo tanto, fue un punto de partida natural en el proceso de diseño. El enlace fue dimensionado para pruebas de tracción en una máquina de prueba universal Instron 5582 (UTM) de 100 kN de capacidad ubicada en la Facultad de Ingeniería de Olin. La alta capacidad de carga de la máquina nos permitió probar cualquier eslabón de cadena impreso en 3D con el peso de un camión de cemento sin poner en peligro ninguna maquinaria pesada.

Como nota al margen completamente tangencial, si nunca ha visto cómo se produce la cadena, es un ejemplo fascinante de ingeniería de fabricación inteligente, y este video de How It’s Made es absolutamente fascinante.

Cuando nuestros pasantes comenzaron a probar algunos prototipos iniciales, rápidamente descubrieron que lo que funciona para el acero endurecido no necesariamente funciona para la fibra de carbono. Dado que el eslabón de la cadena se produjo completamente a partir de relleno de fibra concéntrica, el refuerzo de fibra de carbono resistió principalmente las fuerzas en la dirección de tracción únicamente, y cuando la cadena se estiró, los lados de la cadena tendieron a doblarse uno hacia el otro, lo que provocó que el eslabón de la cadena fallara. mucho antes de lo que debería (para obtener más información sobre el diseño con nuestros tipos de relleno de fibra de alta resistencia, consulte nuestras publicaciones aquí y aquí). Los eslabones de la cadena de acero no tienden a fallar de la misma manera, ya que tienen propiedades mucho menos direccionales o anisotrópicas que el eslabón de fibra de carbono.

Para combatir esta falla prematura, agregaron un miembro de refuerzo central para evitar que los lados se pandeen. Finalmente, dieron inicio a lo que resultó ser una impresión de 72 horas con seis bobinas de fibra de carbono para la versión final.

Podría contarte lo que sucedió cuando lo montamos en el Instron, pero te divertirás mucho más viéndolo.