RepRap创新开源软件，可3D打印钢一样坚硬的斑纹梁

导读：2021年8月17日，南极熊获悉，开源3D打印机的开发商RepRap公司开发了一套最新的Python程序，使用户能够3D打印低成本的基于PLA材料的梁，其硬度与钢制同类产品相差无几。

这个开源的FreeCAD程序设计的独特之处在于操作便捷、易于使用，因为它只要求用户指定一些非常基本的参数。这包括梁的长度、宽度和高度，以及支杆的厚度和梁两端安装块的直径和螺丝孔的数量。然后，该脚本会依据参数自动生成整个梁的3D打印模型。

RepRap已经用Creality的无限Z型带CR-30系统测试了其程序，该系统可以打印（理论上）无限长的梁。这套脚本同样适用于标准FFF系统，但如果没有传送带，打印的横梁将被限制在构建板的长度内。

RepRap公司在一篇博文中写道："很多人在这种类型的机器上打印了长工字梁，但我们认为，我们要写一个Python FreeCAD程序来生成更适合3D打印的参数化梁，利用这种技术的复杂性或多或少是免费的，而且无限长带式打印机可以打印许多悬空的形状，而无需支撑材料。"

△由RepRap的设计脚本自动生成的高刚度梁。图片来自RepRap

软件工作原理

这款新型软件将梁的结构表示为四面体的重复块，众所周知，四面体是非常坚固的，大部分材料都集中在外表面。这使结构具有较高的横截面积的第二动量，在所有方向上提供充足的抗弯能力。对角线支柱也是有角度的，以确保具有45°印刷角度的带式打印机可以制作整个梁，而无需使用支撑材料。

RepRap的程序还在每根梁的两端自动生成安装单元，使梁可以用螺栓固定在彼此或其他物体上。较大的孔是为了让电线、管子和驱动轴等部件沿着梁的中心运行，而较小的孔则允许在大孔周围有角度的增量。

△CrealityCR-30上的光束打印。照片来自RepRap

像钢铁一样坚硬

为了测试Python脚本效果如何，RepRap3D打印了一组PLA梁，并使用一个简单的重量和千分表装置对其中一个梁进行了弯曲测试。打印的梁的长度为175毫米，重量为47.7克。它的刚度被确定为1.02 x 10-⁴ mN-1，而它的弯曲刚度（杨氏模量*面积的第二矩）被计算出结果为17.5Nm2。

RepRap计算出同样长度（175毫米）的5毫米正方形钢梁也将重约47克。尽管钢梁在物理上比打印的对应物要小，但RepRap3D公司所3D打印得个PLA梁结构却可以表现出与相同重量钢结构相差无多的硬度。此外，使用3D打印可以实现梁的可变尺寸，使各种结构参数集成到梁的内部，并可以轻松实现复杂的附加结构和孔结构。

RepRap的开源Python程序可以在Github这里找到，相关链接：GitHub - RepRapLtd/Infinite-Z-Beam: Beam designs for infinite Z 3D printers。

△两根3D打印的PLA横梁固定在一起。照片来自RepRap

当涉及到真正利用3D打印来赋予设计自由时，增材制造设计（DfAM）软件是不可或缺的。今年早些时候，3D打印机制造商Stratasys和工程软件开发商nTopology在其FDM夹具生成器设计自动化工具中增加了一个新的遮蔽夹具模块。该软件旨在简化3D打印夹具、固定装置和其他工具的设计过程。

在其他地方，来自苏黎世联邦理工学院的研究人员先前开发了一个计算DfAM框架，能够自动设计复杂的多流喷嘴。这套框架作为当今工程师使用的传统CAD软件的替代品，同时允许非专业用户专门为增材制造工具的目的来设计复杂的几何形状，如FDM喷嘴。