研究：空心管可增加3D打印部件强度

在3D打印领域，最负责的社区组织可以说是RepRap项目。2018年12月3日，南极熊从外媒获悉，他们刚刚给了我们另一个智慧的金块，RepRap Ltd的Adrian Bowyer博士写了一个FreeCAD Python宏，它通过数字模型随机插入有角度的空心圆柱体，可以增加零件3D打印的强度。

通常，我们认为部件填充的越实，它就越强。因此，在整个零件中添加空心管似乎是一种加强它的反直觉方式。这背后的理论依赖于切片程序产生的填充方式;填充是无法看到的3D打印内部，它是空间密度/坚固度的衡量标准。

FDM（熔融沉积）3D打印通常不会打印实体，因为这样做效率低，耗费时间和材料更多。

因此，切片程序通过生成最受欢迎的方格网格，三角形或蜂窝图案来填充3D打印内部的大部分空间。用户将填充密度设置为百分比，0％创建一个完全空心的外壳，100％创建一个完全坚固的部分。绝大多数3D打印都设置为15％到30％之间的填充，因为它是光和强的完美结合。大多数切片机的缺点之一是只能将一个填充密度应用于零件;密度总是均匀地分散在整个3D打印零件中。

不幸的是，机械应力很少均匀地分散在3D打印件上。在施加重量或压力的特定区域中，应力通常较大。通过加长填充物来增强这些应力点的强度将增加整个部件的密度并使用比技术要求更多的材料。 Bowyer博士希望在选定的区域增加密度，而空心圆柱体可以实现这一点，因为用于制造管壁的塑料。虽然管本身是空心的，但它们的壁是坚固的。使管子成角度可以在多个轴上扩展坚固性，同时还提供一些防止分层（层的分离）的保护。

为了测试管子是否真正增加了强度，Bowyer博士3D打印了同一部件的两个版本：一个在应力点添加了空心管（由FreeCAD的有限元分析（FEA）工具确定），另一个没有。 对两者施加相同的重量，并且当然，具有管的那个具有54％的抗弯曲性。 通过使用20％填充物打印两个部件，比较是有启发性的但是不完整。 添加管确实增加了该部件的塑料用量，因此更公平的比较是增加部件的填充而不使管与管的塑料用量相匹配。 结果可能仍然会对管子产生强烈的影响，但知道科学知识会很好。

Bowyer博士计划编写一个脚本，该脚本将自动插入FEA工具。 一些切片软件如Simplify3D已经实现了增加零件不同区域填充的方法，但只是垂直方向，这只是非常有用。 看到Bowyer博士的脚本直接应用于切片软件将是一次重大升级。