当设计将由塑料制成的组件时，经常需要添加肋和扣板，以提高承载特性的刚度和强度。这减少了材料体积和打印时间3 d印刷部分相比之下，用坚固的结构做出这些特征所需要的时间。
这是因为打印时间很大程度上是由特定组件的材料体积驱动的，所以肋板和扣板可以优化打印时间，同时保持结构完整性。此外，添加肋骨和gussets将创建一个塑料部分，这是一个更接近的代表注塑部分的大规模生产。
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，我将首先量化使用有限元研究在你的零件设计中添加扣板和肋的结构效益，然后引导你通过这些特征在塑料原型中适当应用的最佳实践。
量化肋板和肋板的结构效益
肋和扣板看起来像小特征，但下面的有限元分析研究从结构的角度证明了它们的重要性。
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腹肌，所以他们是一致的共同3 d打印材料．
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。
在下面的图片中，我们可以看到相同的FEA研究进行了没有扣板的存在，应力现在是我们在之前的研究中看到的两倍多。这表明，没有扣板，老板不到一半的强度。
这是立即明显的功能变得更弱，没有扣板。事实上，这个特性现在非常接近屈服强度腹肌我们选择(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
我们的下一个例子展示了在没有连接到boss时使用肋骨的另一种方法。让我们先来看看架子的两个不同版本:
左边的架子增加了支撑肋，而右边的架子去掉了所有的肋。
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”。我们将使用腹肌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腹肌屈服强度为2,900 psi，安全系数为3.5，超过了我们的要求。
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，下面的图片是架子的没有额外的肋骨。
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，但是架子的中心像个袋子一样下垂。这些插图夸大了偏转的方向，但0.35“是一个不可接受的量偏转，在任何情况下。
肋骨的正确应用
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。
通过有限元分析，我们可以看到在如此低的载荷下，有相当大的挠度。下面的图片详细说明了我们的结果:
所以，我们知道我们需要肋骨。在这一点上，我们只是开始投掷线和挤压在零件上随机?
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:
我们又将总挠度降低了一个数量级，仅仅是增加了三根小肋!
现在，让我们看看错误的加排骨的方法。我们可以看到，上述研究中的肋均与支撑特征相连，且在加载方向上高度增加。现在让我们看看如果我们改变肋骨的方向90度会发生什么，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
准备好测试您的设计的物理原型？3D打印件的设计指南相对简单:
- 确保壁厚在你将使用的机器和/或工艺的推荐指导范围内。如果您正在使用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，请记住注塑零件面临不同的要求，因为制造挑战是非常不同的。
- 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)。
- 肋高度应限制在三倍或更少的壁厚，在可能的情况下(这也可能是不可避免的，在一些负载情况下)。
- 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!
