在设计由塑料制成的部件时，通常需要添加肋骨和角撑板以提高承重功能的刚度和强度。这减少了材料体积和打印时间3 d印刷部分相比之下，将这些功能从实体结构中取出的时间相比。
这是因为打印时间主要由特定部件的材料体积，所以肋和角撑板的工作以优化打印时间，同时保持结构完整性。此外，添加肋和角撑板将产生一个塑料部件，该塑料部件更接近注射成型部件的批量生产。
肋和扣板是常用的注塑因为零件对厚壁截面和壁厚变化非常敏感。如果注塑件的特征太厚，就会出现收缩、翘曲等各种缺陷。
下图的特点是肋骨在左边的老板和四个gussets在右边的老板:
在这篇文章中，我将首先使用FEA研究向您的部件设计添加胶位和肋骨的结构益处，然后通过最佳实践来正确应用这些功能到塑料原型。
量化肋板和肋板的结构效益
肋骨和角撑板似乎是小的特征，但下面的FEA（有限元分析）研究表明了它们的结构性观点的重要性。
袖子
下图描述了带扣板的凸台承受的5磅(磅力)载荷，以显示当前状态下的总应力和挠度。所有这些模拟都使用了ABS.，所以他们是一致的共同3D印刷材料。
正如你在下面的结果中看到的，大部分部件的应力范围是400psi，最大应力达到1200 psi(没有显示，因为它是在压缩侧)。应力标志均位于张力侧，高拉应力范围为1100 psi。
在下面的图像中，我们可以看到在没有露点存在的情况下进行的相同的FEA研究，并且现在在前面的研究中的应力是我们所看到的两倍。这表明没有胶位，老板的凸起不到一半。
显而易见的是，没有圆盘的功能变得较弱。事实上，这个功能现在非常接近屈服强度ABS.我们选择(2,900 psi)。
除了增加强度，当我们添加扣板时，部件承受更少的挠度-对于需要位置对齐或刚性的应用，这是非常重要的。并排的图片下面显示了多少更多的无gusseted老板偏转。
我们可以看到，老板偏转四倍多，在顶部表面时，它没有gussets。这对于功能和美学来说都是一个大问题。
Gussets不总是出现角度，如上所示。它们也可以是直的特征，如下图所示:
肋骨
我们的下一个例子显示了另一种方式，我们可以在未连接到老板时使用肋骨。让我们首先看一些架子的两个不同版本：
左侧特征的架子添加了支撑肋，而右侧的架子已移除所有肋。
到目前为止，你可能已经知道肋骨会增加架子的强度和硬度，但这么薄的特征真的能提供这么多支持吗?
为了量化肋骨的益处，我们将进行另一项有限元分析研究。在这项研究中，我们将分析一个50磅的盒子的影响，基本尺寸约6“x 8”。我们将使用ABS.再次对搁板材料进行模拟，通过固定搁板支撑的平内圆来模拟搁板的支撑腿。
设置如下所示:
我们将通过有限元分析来确定高应力区域的位置。这些信息也将用于驱动我们的安全因素。
对于这个设计，我希望安全系数不低于3:1，因为它是承重的。下图详细说明了这项研究的结果:
最大应力为825.1 psi，位于用于支撑架腿的圆形结构中。考虑到我们正在使用ABS.屈服强度为2,900 psi，我们的安全系数为3.5，超过我们的要求。
在下一张图中，我们对没有额外支撑肋的架子进行了相同的有限元分析。
在这里，我们看到应力飙升到128psi，而且架子上许多其他位置的应力水平也高得多。我们的安全系数也降到了2.3，远远低于我们的要求。
安全系数和额定负载并不是我们将关注的唯一因素。再次，我们将访问偏转，因为过度的偏转将不吸引和不稳定比一个平坦的架子。
在下图中，顶部的图片是装载的架子与肋骨，底部图片是架子没有额外的肋骨。
我们可以看到，在大陆架上不仅最大位移高了一个数量级没有肋骨，但架子的中心像袋子一样垂直。这些插图夸大了详细信息，以细节偏转方向，但是在任何情况下，0.35“是一种不可接受的偏转量。
适当地应用肋骨
现在我们已经清楚了肋骨的重要性和好处，理解它们的正确应用是很重要的，因为在错误的方向或方向上添加肋骨通常是无用的。
为了证明这一点，我们将看一个板，它的两端都有支撑，如图所示，中间有10磅的负荷。
在解决FEA之后，我们可以在这种低负荷下看到相当多的偏转。以下图像详细介绍了我们的结果：
所以，我们知道我们需要肋骨。在这一点上，我们只需随机开始划线和挤压件？
从数学上讲，最好是在加载的方向上增加高度，所以这意味着如果我们从前面看部分，如上图所示，我们想要部分从肋骨的增加看起来更高。
在下图中，你可以看到我添加了三个0.25英寸高的肋骨。
如果你猜测我们将进行另一项有限元分析研究，那么你绝对正确!下面的图片是与上面相同的有限元分析研究，但是我们增加了肋骨:
我们再次将我们的总偏转缩小了几乎一定数量级，只需添加三个小肋骨！
现在，让我们来看看错误的添加肋骨的方法。我们可以看到上述研究中的肋骨全部连接到支持特征，并且在装载方向上具有增加的高度。现在让我们调查如果我们改变肋条90度的方向，请调查会发生什么，如下所示：
再次，我们将转向可靠的有限元分析研究，看看当我们将相同的负载放在这个组件上时会发生什么:
在这项研究中，我们可以看到我们几乎没有从这些肋骨中获益，因为它们实际上并没有连接到任何支撑特征。
挠度几乎比我们原来的情况小，根本没有肋骨。如果架子被固定在正面，这些肋骨实际上会有帮助，但在这些研究中，架子只被支撑在左右两端。
设计指导方针
准备测试您设计的物理原型？3D打印件的设计指南相对简单:
- 确保壁厚在将要使用的机器和/或工艺的推荐指南范围内。如果你正在使用Fictiv平台，这些信息将在你的零件详细信息页的比较材料标签下找到:
- 在长薄壁型材上，肋还可以防止在制造过程中产生的翘曲。
- 不需要牵伸角度，因此壁厚可以保持恒定
- 必要的。
- 对于生产，请记住，注塑部件面临着不同的要求，因为制造挑战很大。
- 我总结了一些发现的指导方针在这里专门针对肋骨和扣板的:
- 肋厚应为壁厚的60-80%。
- 为了增加刚度，建议增加肋的总数而不是高度(在某些情况下，这可能不够)。
- 在可能的情况下，肋骨高度应限于壁厚或更小的三倍（这也可能在一些负载情况下不可避免）。
- 挖出厚肋和/或肋交叉处，以保持壁厚不变。
主要收获
肋骨和扣板的添加大大提高了塑料零件的强度，而没有添加太多的材料，可能导致3D打印机的建造时间更长或注塑零件的制造缺陷。
当然，肋骨的不恰当应用不会带来什么好处，所以最好的方法是尝试你的设计，当然，尽早并经常迭代!
