最強リンクを3Dプリント:産業荷重に耐えるカーボンファイバーチェーンリンクテスト
筆者注:この記事執筆中に重機は損傷していませんが、プロトタイプは無事では済みませんでした。
Markforgedの夏季インターンは恒例で、先進3Dプリンティング技術の限界に挑戦します。昨夏、2名のインターンが大胆な目標を掲げました:10トンのセメントミキサートラックを持ち上げられる、単一のカーボンファイバー強化チェーンリンクを作る。真に産業グレードのプリンターなら、その荷重を支えられると信じたからです。

最初の設計は一般的な商用チェーンで見られる従来の楕円リンク形状。Olin工科大学のInstron 5582万能試験機(UTM、100kN容量)で引張試験可能なサイズに設計。重機をリスクに晒さず、セメントトラック重量相当まで評価可能。

チェーン製造プロセスに興味ある方は、How It's Made動画で魅力的な裏側をご覧ください。
初期プロトタイプで重要課題判明:カーボンファイバーの方向性強度。リンク全体を同心円繊維充填で造形。繊維方向の引張力には強いが、横方向剛性が限定的。引張時に側面が内側へ屈曲し、早期破壊。鋼リンクでは稀な問題(鋼は等方的)。

対策として、側壁座屈防止の中央補強リブを追加。結果、6スプールのカーボンファイバーを用いた72時間造形の設計に。

最終リンクをInstronで試験したところ、マシン最大容量まであと50ポンド(約22.7kg)で破断。10トンリフト目標に迫る結果。エンジニアリング安全係数は一般的なセメントトラックオーナーの期待より低いものの、Markforged高性能材料で達成可能な産業グレード強度を実証しました。
ご自身で試してみませんか? Mark Twoプリンターを検討し、以下からSTLファイルをダウンロードしてください。
STLファイル
3Dプリント