Was ist das stärkste Infill-Muster?

Roy Hill 01-06-2023
Roy Hill

Infill-Muster können beim 3D-Drucken leicht übersehen werden, aber sie machen einen großen Unterschied in der Qualität. Ich frage mich immer, welches Infill-Muster das stärkste ist, also schreibe ich diesen Beitrag, um diese Frage zu beantworten und sie mit anderen 3D-Drucker-Bastlern zu teilen.

Welches Infill-Muster ist also das stärkste? Das hängt von der Anwendung Ihres 3D-Drucks ab, aber im Allgemeinen ist das Wabenmuster das stärkste Allround-Infill-Muster, das es gibt. Technisch gesehen ist das geradlinige Muster das stärkste Muster, wenn die Kraftrichtung berücksichtigt wird, aber schwach in der entgegengesetzten Richtung.

Es gibt keine Einheitsgröße für alle Ausfüllmuster, weshalb es überhaupt so viele Ausfüllmuster gibt, denn einige sind besser als andere, je nachdem, was die Funktionalität ist.

Lesen Sie weiter, um mehr über die Festigkeit von Füllmustern und andere wichtige Faktoren für die Bauteilfestigkeit zu erfahren.

Wenn Sie daran interessiert sind, einige der besten Werkzeuge und Zubehörteile für Ihre 3D-Drucker zu sehen, können Sie sie leicht finden, indem Sie auf Amazon nachsehen. Ich habe einige der besten Produkte herausgefiltert, die es gibt, also schauen Sie gut durch.

    Was ist das stärkste Infill-Muster?

    Eine Studie aus dem Jahr 2016 ergab, dass eine Kombination aus einem geradlinigen Muster und 100 % Füllung mit einem Wert von 36,4 MPa die höchste Zugfestigkeit aufwies.

    Dies war nur ein Test, so dass Sie nicht 100% Füllung verwenden sollten, aber es zeigt die tatsächliche Wirksamkeit dieses Füllmusters.

    Das stärkste Ausfachungsmuster ist Rectilinear, aber nur, wenn es an der Kraftrichtung ausgerichtet ist; es hat seine Schwächen, also denken Sie daran.

    Wenn wir über die spezifische Kraftrichtung sprechen, ist das geradlinige Ausfachungsmuster sehr stark in der Kraftrichtung, aber viel schwächer gegen die Kraftrichtung.

    Überraschenderweise ist das geradlinige Infill-Muster sehr effizient im Hinblick auf den Kunststoffverbrauch, so dass es schneller gedruckt werden kann als Wabenmuster (30 % schneller) und einige andere Muster auf dem Markt.

    Das beste Allround-Füllmuster ist die Wabenstruktur, auch bekannt als kubisch.

    Honeycomb (kubisch) ist wahrscheinlich das beliebteste 3D-Druck-Infill-Muster da draußen. Viele 3D-Drucker-Nutzer empfehlen es, weil es so großartige Qualitäten und Eigenschaften hat. Ich verwende es für viele meiner Drucke und habe keine Probleme damit.

    Die Wabe hat in der Kraftrichtung eine geringere Festigkeit, ist aber in allen Richtungen gleich stark, was sie insgesamt technisch stärker macht, denn man kann argumentieren, dass man nur so stark ist wie sein schwächstes Glied.

    Das wabenförmige Füllmuster sieht nicht nur ästhetisch ansprechend aus, es wird auch in vielen Anwendungen zur Erhöhung der Festigkeit eingesetzt. Sogar Verbundwerkstoff-Sandwichplatten für die Luft- und Raumfahrt enthalten das wabenförmige Muster in ihren Teilen, so dass Sie wissen, dass es seine Berechtigung hat.

    Bedenken Sie, dass die Luft- und Raumfahrtindustrie dieses Füllmuster hauptsächlich wegen des Herstellungsprozesses und nicht wegen der Festigkeit verwendet. Es ist das stärkste Füllmuster, das sie angesichts ihrer Ressourcen verwenden können, andernfalls würden sie ein Gyroid- oder kubisches Muster verwenden.

    Bei bestimmten Materialien kann es recht schwierig sein, bestimmte Füllmuster zu verwenden, also machen sie das Beste aus dem, was sie tun können.

    Honeycomb benötigt viel Bewegung, was bedeutet, dass es langsamer zu drucken ist.

    Was ist Ihr Lieblings-Infill-Muster? von 3Dprinting

    Ein Benutzer führte Tests durch, um den Einfluss der Füllmuster auf die mechanische Leistung zu ermitteln, und fand heraus, dass die besten Muster entweder linear oder diagonal (linear um 45° geneigt) sind.

    Bei geringeren Füllungsgraden gab es keinen großen Unterschied zwischen linearen, diagonalen oder sogar sechseckigen (wabenförmigen) Mustern, und da die Wabenstruktur langsamer ist, ist es keine gute Idee, sie bei niedrigen Füllungsdichten zu verwenden.

    Bei höheren Füllungsanteilen zeigte hexagonales Material eine ähnliche mechanische Festigkeit wie lineares Material, während diagonales Material sogar 10 % mehr Festigkeit als lineares Material aufwies.

    Liste der stärksten Infill Patterns

    Wir haben Ausfüllmuster, die entweder als 2D oder 3D bekannt sind.

    Viele Leute verwenden 2D-Infills für den durchschnittlichen Druck, einige können schnelle Infills sein, die für schwächere Modelle verwendet werden, aber es gibt immer noch starke 2D-Infills da draußen.

    Sie haben auch Ihre Standard-3D-Füllungen, die verwendet werden, um Ihre 3D-Drucke nicht nur stärker zu machen, sondern auch stärker in alle Richtungen der Kraft.

    Der Druck dauert zwar länger, aber sie machen einen großen Unterschied in der mechanischen Festigkeit von 3D-Druckmodellen aus, die sich hervorragend für funktionale Drucke eignen.

    Es ist gut, sich vor Augen zu halten, dass es viele verschiedene Slicer gibt, aber egal, ob Sie Cura, Simplify3D, Slic3r, Makerbot oder Prusa verwenden, es wird Versionen dieser starken Infill-Muster geben, sowie einige benutzerdefinierte Muster.

    Die stärksten Infill-Muster sind:

    • Gitternetz - 2D-Füllung
    • Dreiecke - 2D-Füllung
    • Tri-Hexagon - 2D-Füllung
    • Kubisch - 3D-Füllung
    • Cubic (Unterteilung) - 3D-Füllung und weniger Materialverbrauch als Cubic
    • Oktett - 3D-Füllung
    • Quarter Cubic - 3D-Füllung
    • Gyroid - Erhöhte Kraft bei geringerem Gewicht

    Gyroid und Rectilinear sind zwei weitere großartige Möglichkeiten, die für ihre hohe Festigkeit bekannt sind. Gyroid kann Probleme beim Drucken haben, wenn die Fülldichte niedrig ist, so dass es einiger Versuche bedarf, um alles richtig zu machen.

    Die kubische Unterteilung ist ein sehr stabiler und schnell zu druckender Typ, der eine erstaunliche Festigkeit in drei Dimensionen und lange, gerade Druckwege aufweist, was zu schnelleren Füllschichten führt.

    Ultimaker hat einen sehr informativen Beitrag über Infill-Einstellungen verfasst, der Details über Dichte, Muster, Schichtdicke und viele andere komplexe Infill-Themen enthält.

    Wie hoch ist der Anteil der stärksten Ausfachung?

    Ein weiterer wichtiger Faktor für die Festigkeit von Teilen ist der Füllungsanteil, der den Teilen eine höhere strukturelle Integrität verleiht.

    Je mehr Kunststoff sich in der Mitte eines Teils befindet, desto stabiler ist es, da die Kraft mehr Masse durchbrechen muss.

    Die offensichtliche Antwort ist, dass 100 % Füllung der stärkste Prozentsatz ist, aber es geht um mehr: Wir müssen die Druckzeit und das Material mit der Festigkeit des Teils in Einklang bringen.

    Die durchschnittliche Fülldichte, die Benutzer von 3D-Druckern anwenden, beträgt 20 % und ist auch in vielen Slicer-Programmen die Standardeinstellung.

    Das ist eine großartige Fülldichte für Teile, die der Optik dienen und nicht belastet werden sollen, aber für funktionale Teile, die eine höhere Festigkeit benötigen, können wir definitiv höher gehen.

    Es ist gut zu wissen, dass bei einem sehr hohen Filamentanteil wie 50 % die Festigkeit der Teile stark abnimmt.

    Auffüllungsprozentsatz von 20% (links), 50% (Mitte) und 75% (rechts) Quelle: Hubs.com

    Mehr als 75 % sind meist unnötig, also bedenken Sie dies, bevor Sie Ihr Filament verschwenden. Sie machen Ihre Teile auch schwerer, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie aufgrund von Physik und Kraft brechen, denn Masse x Beschleunigung = Nettokraft.

    Was ist das schnellste Infill-Muster?

    Das schnellste Füllmuster ist das Linienmuster, das Sie vielleicht schon in Videos und Bildern gesehen haben.

    Dies ist wahrscheinlich das beliebteste Infill-Muster und ist in vielen Slicer-Programmen voreingestellt. Es hat eine ordentliche Stärke und verbraucht eine geringe Menge an Filament, was es zum schnellsten Infill-Muster auf dem Markt macht, abgesehen davon, dass es überhaupt kein Muster gibt.

    Welche anderen Faktoren machen 3D-Drucke stark?

    Obwohl Sie auf der Suche nach Füllmustern für die Festigkeit hierher gekommen sind, hat die Wandstärke oder die Anzahl der Wände einen größeren Einfluss auf die Festigkeit des Teils, und es gibt noch viele andere Faktoren. Eine großartige Quelle für starke 3D-Drucke ist dieser GitHub-Beitrag.

    Es gibt tatsächlich ein ziemlich cooles Produkt, das Ihre 3D-gedruckten Teile stärker machen kann und das von einigen 3D-Druckern eingesetzt wird: Smooth-On XTC-3D High Performance Coating.

    Es dient dazu, 3D-Drucken eine glatte Oberfläche zu verleihen, hat aber auch den Effekt, dass 3D-Teile etwas fester werden, da es die Außenseite mit einer Schicht überzieht.

    Qualität des Filaments

    Nicht alle Filamente sind gleich, also stellen Sie sicher, dass Sie Filamente von einer angesehenen, vertrauenswürdigen Marke kaufen, um die beste Qualität zu erhalten. Ich habe vor kurzem einen Beitrag über die Lebensdauer von 3D-gedruckten Teilen verfasst, der Informationen zu diesem Thema enthält, also schauen Sie ihn sich ruhig an.

    Filamentmischung/Verbundwerkstoffe

    Viele Filamente wurden entwickelt, um stärker zu werden, was Sie sich zunutze machen können. Anstatt das übliche PLA zu verwenden, können Sie sich für PLA plus oder PLA entscheiden, das mit anderen Materialien wie Holz, Kohlefaser, Kupfer und vielem mehr gemischt ist.

    Ich habe einen ultimativen Filament-Leitfaden, in dem viele der verschiedenen Filamentmaterialien aufgeführt sind.

    Druckausrichtung

    Dies ist eine einfache, aber übersehene Methode, die Ihre Drucke stärken kann. Die Schwachstellen Ihrer Drucke werden immer die Schichtlinien sein.

    Die Informationen aus diesem kleinen Experiment sollten Ihnen ein besseres Verständnis dafür vermitteln, wie Sie Ihre Teile für den Druck positionieren müssen. Es kann so einfach sein, wie Ihr Teil um 45 Grad zu drehen, um die Stärke Ihres Drucks mehr als zu verdoppeln.

    Wenn Ihnen der übermäßige Materialverbrauch und die langen Druckzeiten nichts ausmachen, können Sie mit der Konfiguration für "solide" Druckdichte nichts falsch machen.

    Es gibt einen speziellen Begriff, der als anisotrop bezeichnet wird und bedeutet, dass ein Objekt den größten Teil seiner Festigkeit in der XY-Richtung und nicht in der Z-Richtung aufweist. In einigen Fällen kann die Spannung in der Z-Achse 4-5 Mal schwächer sein als die Spannung in der XY-Achse.

    Die Teile 1 und 3 waren am schwächsten, da die Musterrichtung der Füllung parallel zu den Kanten des Objekts verlief, was bedeutete, dass die Hauptfestigkeit des Teils auf der schwachen Klebekraft von PLA beruhte, die bei kleinen Teilen sehr gering sein wird.

    Durch eine einfache Drehung Ihres Teils um 45 Grad können Sie Ihren gedruckten Teilen die doppelte Festigkeit verleihen.

    Quelle: Sparxeng.com

    Anzahl von Schalen/Perimetern

    Schalen sind definiert als alle äußeren Teile oder nahe der Außenseite des Modells, die Umrisse oder äußere Begrenzungen jeder Schicht sind. Einfach ausgedrückt sind sie die Anzahl der Schichten auf der Außenseite eines Drucks.

    Schalen haben einen massiven Einfluss auf die Festigkeit des Teils, wobei das Hinzufügen einer einzigen zusätzlichen Schale technisch gesehen die gleiche Festigkeit wie eine zusätzliche Füllung von 15 % bei einem 3D-gedruckten Teil ergeben könnte.

    Beim Drucken sind die Schalen die Teile, die für jede Schicht zuerst gedruckt werden. Denken Sie daran, dass sich dadurch natürlich die Druckzeit verlängert, so dass es einen Kompromiss gibt.

    Dicke der Schale

    Sie können nicht nur Schalen zu Ihren Drucken hinzufügen, sondern auch die Schalendicke erhöhen, um die Festigkeit des Teils zu steigern.

    Dies wird häufig gemacht, wenn Teile abgeschliffen oder nachbearbeitet werden müssen, weil das Teil dadurch abgenutzt wird. Mit einer größeren Schalendicke können Sie das Teil abschleifen und das ursprüngliche Aussehen Ihres Modells erhalten.

    Die Schalenstärke wird normalerweise mit einem Vielfachen des Düsendurchmessers angesetzt, um Druckfehler zu vermeiden.

    Die Anzahl der Wände und die Wandstärke spielen ebenfalls eine Rolle, sind aber technisch gesehen bereits Teil der Schale und bilden die vertikalen Teile davon.

    Überextrudieren

    Eine Überextrusion von etwa 10-20 % in Ihren Einstellungen verleiht Ihren Teilen mehr Festigkeit, beeinträchtigt aber die Ästhetik und die Präzision. Es kann einige Versuche erfordern, um eine Fließgeschwindigkeit zu finden, mit der Sie zufrieden sind, also nutzen Sie sie zu Ihrem Vorteil.

    Kleinere Lagen

    My3DMatter fand heraus, dass eine geringere Schichthöhe ein 3D-gedrucktes Objekt schwächt, obwohl dies nicht schlüssig ist und es wahrscheinlich viele Variablen gibt, die diese Aussage beeinflussen.

    Der Nachteil dabei ist jedoch, dass sich die Druckzeit verdoppelt, wenn man von einer 0,4 mm-Düse auf eine 0,2 mm-Düse umsteigt, was die meisten Leute vermeiden würden.

    Für ein wirklich starkes 3D-gedrucktes Teil sollten Sie ein gutes Füllmuster und einen guten Prozentsatz an Füllung haben, solide Schichten hinzufügen, um die Füllstruktur zu stabilisieren, und mehr Umfang an den oberen und unteren Schichten sowie an der Außenseite (Schalen) hinzufügen.

    Wenn man alle diese Faktoren zusammennimmt, erhält man ein extrem haltbares und starkes Teil.

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    Roy Hill

    Roy Hill ist ein leidenschaftlicher 3D-Druck-Enthusiast und Technologie-Guru mit umfassendem Wissen rund um den 3D-Druck. Mit über 10 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet beherrscht Roy die Kunst des 3D-Designs und -Drucks und ist zu einem Experten für die neuesten 3D-Drucktrends und -technologien geworden.Roy hat einen Abschluss in Maschinenbau von der University of California, Los Angeles (UCLA) und hat für mehrere namhafte Unternehmen im Bereich 3D-Druck gearbeitet, darunter MakerBot und Formlabs. Er hat auch mit verschiedenen Unternehmen und Einzelpersonen zusammengearbeitet, um individuelle 3D-Druckprodukte zu entwickeln, die ihre Branchen revolutioniert haben.Neben seiner Leidenschaft für den 3D-Druck ist Roy ein begeisterter Reisender und Outdoor-Enthusiast. Er verbringt gerne Zeit in der Natur, wandert und campt mit seiner Familie. In seiner Freizeit betreut er auch junge Ingenieure und teilt sein umfangreiches Wissen über den 3D-Druck über verschiedene Plattformen, darunter seinen beliebten Blog „3D Printerly 3D Printing“.