3D-Druck des stärksten Glieds: Carbon-Fiber-Kettentest für industrielle Lasten

Autorennotiz: Keine schweren Maschinen wurden bei diesem Write-up beschädigt; die Prototypen hatten jedoch weniger Glück.

Sommerpraktikanten bei Markforged erkunden routinemäßig die Grenzen unserer fortschrittlichen 3D-Drucktechnologie. Letzten Sommer setzten sich zwei Praktikanten ein kühnes Ziel: Ein einzelnes Carbon-Fiber-verstärktes Kettenglied zu erstellen, das einen 10-Tonnen-Zementmischer heben kann. Sie glaubten, ein wahrhaft industrieller Drucker sollte solche Lasten unterstützen können.

Ihr erstes Design war ein konventionelles Oval-Kettenglied, eine allgegenwärtige Geometrie in kommerziellen Ketten. Das Glied wurde für Zugtests auf einer Instron 5582 Universal Testing Machine (UTM) am Olin College of Engineering dimensioniert, deren 100 kN Kapazität Prototypen bis zum Gewicht eines Zementmischers testen ließ, ohne schwere Geräte zu riskieren.

Für Neugierige zur Kettenherstellung: Der Prozess ist ein Engineering-Wunder; sehen Sie dieses „How It's Made“-Video für faszinierende Behind-the-Scenes-Einblicke.

Initiale Prototypen offenbarten eine zentrale Herausforderung: Carbon Fibers gerichtete Festigkeit. Die Kettenglieder wurden vollständig aus Concentric Fiber Fill gedruckt, das Zugkräfte entlang der Faserrichtung widersteht, aber begrenzte laterale Steifigkeit bietet. Beim Ziehen bog sich die Seite ein, was zu vorzeitigem Versagen führte – ein Problem, das bei Stahlgliedern, die isotroper sind, selten auftritt.

Um dem entgegenzuwirken, fügten die Praktikanten ein zentrales Verstärkungselement hinzu, das das Einbiegen der Seitenwände verhinderte. Das resultierende Design erforderte 72-Stunden-Druck mit sechs Spulen Carbon Fiber.

Beim finalen Test auf der Instron brach das Glied nur 50 lbs (ca. 22 kg) unter der Maschinenmaximalkapazität – nahezu das 10-Tonnen-Hebeziel erreichend. Während der Engineering Safety Factor niedriger ist, als ein typischer Zementmischer-Besitzer erwarten würde, demonstriert das Ergebnis die industrietaugliche Festigkeit, die mit Markforgeds Hochleistungsmaterialien erreichbar ist.

Selbst testen? Mark Two Drucker erkunden und STL-Dateien unten herunterladen.

STL-Datei