掌握各向同性纤维 3D 打印：用 Mark Two 制造超高强度零件

更新：想深入了解不同填充模式如何增强零件强度及其背后的科学原理？欢迎参加 6 月 21 日上午 11 点（EDT）的网络研讨会（点此报名）。

作者注：这是关于利用 Eiger 的各向同性纤维填充模式在 Mark Two 上制造超高强度零件的两篇系列文章的第一篇。本文将探讨如何用 Markforged 打印机模拟传统复合材料的高强度铺层模式。下一篇将聚焦于最大化增强零件的强度。我们将循序渐进地深入技术细节，并提供简明的复合材料术语表，助您高效设计复合增强高强度 3D 打印零件。

复合材料背景

Markforged 连续纤维复合打印机让客户能用碳纤维增强制造工业级零件，其性能可媲美准各向同性复合层压板。准各向同性 3D 打印零件在两个轴向表现一致，仅在单一方向上存在差异——非常适合设计需抵抗特定载荷条件的零件。通过在 Eiger 切片软件中调整纤维取向，设计师可定制强度以满足目标应用。

高强度各向同性材料简化了工程设计：若材料在所有方向表现一致，仅凭几何形状即可判断是否满足强度要求。当各轴向性能不同（如 3D 打印）时，准各向同性材料是次优选择。与完全各向异性材料相比，它仅需极少的设计工作量，因为只有一个轴向强度不同。为清晰起见，Markforged 将“均向纤维”填充类型标记为“Isotropic Fiber”，承认所有 3D 打印零件在 Z 轴固有不同特性。

复合材料术语表

• 各向同性材料 — 在各方向表现均匀性能。许多金属属于此类。
• 各向异性 — 整体呈方向依赖性行为。活页铰链示例展示了具有柔性和凯夫拉增强刚性区域的复合材料。
• 正交各向异性材料 — 在三个相互正交的轴向上性能不同，如木材。
• 准各向同性材料 — 在两个轴向上各向同性，第三个轴向性能可变，符合 Markforged 使用各向同性纤维增强零件的行为。
• 横向各向同性材料 — XY 平面内各向同性，Z 轴行为独特。各向同性纤维填充模式结合默认纤维角度可近似这种行为。

传统热固性复合材料——大多数消费级碳纤维应用——使用数十到数千层单向层按交替角度排列。复合设计师用“取向代码”描述这些重复模式。每层依次旋转（常为 45°），产生优于单向铺层的多向体积强度。

例如，Eiger 默认的各向同性纤维填充使用取向代码 [0/45/90/135]，即第一纤维层水平对齐，第二层 45°，序列循环。客户可定义任意长度的自定义取向代码，根据设计需求定制铺层。

增强功能

Mark Two 可在比 Mark One 小 15 倍的几何尺寸下制造高强度纤维增强零件。其升级软件也通过各向同性纤维填充增强了准各向同性性能。

在 Eiger 的零件视图中，纤维角度输入框反映取向代码。输入如 [0/45/90/135] 这样的代码，在每层都使用各向同性纤维时，可创建横向各向同性零件。只需在框中输入逗号分隔的角度。

新的纤维路由算法让 Mark Two 能用碳纤维丝和新型高强度、高温（HSHT）玻璃纤维丝打印各向同性纤维——这是 Mark One 不具备的能力。为 Mark Two 切片使用各向同性纤维的层时，算法混合混合填充：外部同心环加内部各向同性填充。这在保持高内部强度的同时提供优异表面光洁度，制造出碳纤维 3D 打印可达到的最强零件。

精细增强控制

外部视图提供快速增强，而 3D 内部视图则提供对层组取向代码的精细控制。首先从 Eiger 库中选择零件并打开内部视图。

在内部视图中，点击层条上的纤维层组进行编辑。要创建新组，从起点或终点拖拽覆盖所需层，然后点击应用更改确认。拖拽三角定界符可调整组大小。

当某组使用各向同性纤维时，右上角层控制框会出现纤维角度字段。与零件视图的全局设置不同，这允许仅针对选定组定制取向代码，根据零件几何精确控制纤维铺放。

Eiger 界面让跨多层快速准确配置纤维增强变得简单直接。

阅读本系列第 2 部分 此处——我们将演示定位纤维增强以最大化强度和材料效率的最佳策略。

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