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2022-10-25 【3D列印應(yīng)用】舉起12噸重坦克！Ultimaker驚人創(chuàng)舉！
【3D列印應(yīng)用】3D列印線材居然可以舉起12噸重坦克！？Ultimaker驚人創(chuàng)舉！
「3D列印出來的物件強度如何？」相信這應(yīng)該是每個人或工程師都會有的問題。畢竟瞭解材料可以應(yīng)用來做什麼，是非常重要的事情。Ultimaker、科思創(chuàng)(Covestro)、荷蘭皇家海軍(Royal Dutch Navy)齊聚一堂集思廣益尋找答案！
測試材料強度一般方式是使用拉伸試驗機，列印一個小樣本並施加強大力量，直到樣品斷裂為止。斷裂時所施加的力量除以中心交叉點的表面則為強度係數(shù)。雖然這些數(shù)據(jù)對工程師來說意義重大，但有時候是「眼見為憑(Seeing is believing)?！篂榱四軌?qū)崿F(xiàn)腦海想像中的3D列印樣品強大程度，Ultimaker和科思創(chuàng)與荷蘭皇家海軍開始一項前所未聞的合作，那就是舉起一個非常重的東西！是超重啞鈴還是一輛機車？或是一臺汽車、一臺吉普車。
荷蘭皇家海軍提議說：「為什麼不試試看裝甲車？」
這個提議震撼所有人的想像！
初始設(shè)計創(chuàng)造
要使用3D列印樣品舉起超重型車輛，首先要分析可以使用的硬體。荷蘭皇家海軍有一個特殊起重坦克可以使用，連接方式是用兩邊都可以打開的鋼環(huán)，一邊連接起重機，另外一邊連接拉升車輛的電纜。造型是一個細長O型連桿，能夠連接兩個金屬鋼環(huán)並且舉起超重型車輛。
將金屬鋼環(huán)的幾何形狀導(dǎo)入CAD軟體後，Ultimake應(yīng)用工程師拉爾斯?德容(Lars de Jongh)作為初始設(shè)計師。
首先他定義設(shè)計要求：
．連接物件需要有一個平坦面才能穩(wěn)定進行3D列印
．連接需要列印的層線與施加在樣品上的力量方向要相同
．列印出來的樣品與金屬鋼環(huán)的相互作用面盡可能大，以均勻分散受力
尋找合適的材料
可與Ultimaker相容並使用的線材多達數(shù)百種，每一個都具備獨特的特性組合，極有可能可以符合設(shè)計要求，另外線材本身必須非常堅固，且能夠吸收短峰值力?？扑紕?chuàng)的Addigy® F1030 CF10剛好符合這些要求。這種基於尼龍的聚合物中含有碳纖維，Ultimaker S5搭配CC噴頭可以使用列印。
使用仿真優(yōu)化設(shè)計
與傳統(tǒng)方式生產(chǎn)對比，3D列印堅硬的2公斤連接所需時間更少。然而驗證印出來的樣品需要時間反覆測試。在列印前用電腦模擬真實物件進行優(yōu)化，能夠有效節(jié)省反覆測試的時間。
科思創(chuàng)使用碳纖維尼龍物理特性的軟體，以數(shù)字方式將力應(yīng)用於設(shè)計。通過模擬運行計算，能夠準(zhǔn)確調(diào)整設(shè)計，除去不要的線材部位。利用這方式優(yōu)化整個設(shè)計，並且可舉起更多重量，同時所需線材更少，使生產(chǎn)時間更快，成本更低。
驗證模擬
在能夠舉起超重型車輛之前，需要進行物理上的驗證列印樣品的計算強度。兩種尺寸有兩種設(shè)計，第一個是1公斤的連接，估計可以承受12噸。第二個約重2公斤，估計可以承受38噸。荷蘭皇家海軍現(xiàn)場有一個工業(yè)用拉伸測試儀，能夠在物體上施以高達343千牛頓的力。最初版和優(yōu)化版都進行針對大、小測試。
荷蘭皇家海軍測試2公斤重的連結(jié)在正常條件下可承受38噸的重量
優(yōu)化版本能夠承受更多的力，同時重量減輕三分之一。測試結(jié)果和模擬數(shù)據(jù)之間的差異也非常接近，平均1%的誤差。證明這樣的工作流程是可行的，推動上市時間和提高性能這兩方面獲益匪淺。
舉起兩臺車
經(jīng)過幾個月的設(shè)計、列印、測試與規(guī)劃，是時候該進行升降舉重了！兩個連桿即將舉起一輛真正軍用重型車輛。在荷蘭南部的陸軍基地，荷蘭皇家海軍提供第13輕型犀牛旅用裝甲救援車協(xié)助測試。測試結(jié)果顯示1公斤的連接可以舉起一輛重達2噸以上的軍用版梅賽德斯吉普車，當(dāng)然車輛很容易被舉起，接下來要進行更大型的測試！
2公斤的碳纖維強化尼龍連結(jié)，被放在M113裝甲車和水牛起重機之間。金屬鋼環(huán)栓到最緊，四根電纜從下方的鉤子連接到坦克上。起重機慢慢開始向上移動，使電纜和3D列印連接處於最緊繃狀態(tài)。12噸重的坦克緩緩升起，懸掛在3D列印連接上。水牛號來回行駛，後退、前進、甚至轉(zhuǎn)換方向，然而3D列印連結(jié)完美地撐了過來！這次3方合作得到非常成功的結(jié)果。
2 公斤重的3D列印樣品輕鬆承受重達6000倍的車輛重量