2020年9月4日，南極熊獲悉，一個由六位國際科學家組成的團隊開發了一個新的計算框架，用於聚合物部件的多軸、非平面3D列印。
基於FFF的技術是通過將絲材沿著它們承受最大應力的方向排列，緩解 「薄弱點」，提高零件的整體強度。到目前為止，這項工作已經取得了一些非常有前途的結果，與傳統的平面FFF列印相比，零件強度提高了6.35倍。
框架生成的曲線層的可視化，圖片來自韋恩州立大學
3D列印部件的各向異性
儘管3D列印技術很先進，但仍然存在著各向異性問題。3D列印部件的機械性能往往會根據施加力的方向或軸而變化。由於眾所周知的Z軸上的層間結合力較弱，這種效應在FFF列印部件中尤為明顯。因此，對於需要高抗壓性的工業或生產應用來說，這種工藝通常被認為是不夠的。
就目前而言，有許多方法可以用來改善聚合物部件的機械性能。這包括熱處理和化學處理，填充百分比和結構的變化，甚至重新設計零件的幾何形狀。研究團隊採用了一種全新的方法，利用各向異性現象本身來控制和提高通過FFF製造的零件的強度。
多軸3D列印框架
本研究所提到的框架的核心工作原理是將3D模型分解成一系列 「強度感知 」和無碰撞的弧形工作面，就像一個非常複雜的捲曲蛋糕的抽象切片。這些彎曲的工作面可以替代平面3D列印中的傳統層，但允許列印頭的工具路徑有更多的動態變化。
首先，計算出一個優化的治理場，從中提取出各個工作面。根據研究人員的說法，計算過程 「自然地繼承了有限元分析」，工程師們使用有限元分析來模擬零件在負載下的應力分布。結果網格由一組四面體組成。
該框架將模型分解為曲線層，然後可以在5軸FDM機器上進行3D列印，圖片來自韋恩州立大學
基於治理場(考慮到零件中的應力分布)，推算出懸臂和橋梁的支撐結構，並生成各個曲線層。最後，對刀具路徑進行了優化，使其與每個曲面中最薄弱的軸線對齊，儘可能地提高零件在每個方向上的強度。
到了測試框架的時候，一組原型被FFF列印出來，並在實驗室裡進行拉伸和壓縮測試，以檢驗它們的強度。研究人員將實驗測試結果描述為 「令人鼓舞」，與傳統的平面3D列印相比，典型的強度增加了1.42倍-6.35倍。
更多的研究細節可以在題為 「Reinforced FDM: Multi-Axis Filament Alignment with Controlled Anisotropic Strength」的論文中找到。該論文由Guoxin Fang， Tianyu Zhang， Sikai Zhong等人共同撰寫。下載論文，請往南極熊公眾號後臺回復關鍵詞「 非平面FFF 」。
將模型分解並以弧形層重建以增加零件強度的過程，圖片來自韋恩州立大學
（文章來源：OFweek）