A kitöltési mintákat néha figyelmen kívül hagyják a 3D nyomtatásban, mert ez csak egy része a sok beállításnak a nyomatoknál. Számos kitöltési minta létezik, de a listát átnézve elgondolkodtam magamban, hogy melyik kitöltési minta a legjobb a 3D nyomtatásban?

A 3D nyomtatáshoz a legjobb kitöltési minta a hatszögletű forma, például a Cubic, ha a sebesség és a szilárdság jó egyensúlyát keresi. Ha meghatározza a 3D nyomtatott alkatrész funkcióját, a legjobb kitöltési minta változik. A sebességhez a legjobb kitöltési minta a Lines minta, míg a szilárdsághoz a Cubic.

A kitöltési minták kicsit többről szólnak, mint amire először rájöttem, ezért részletesebben is kitérek az egyes kitöltési minták alapjaira, valamint arra, hogy az emberek mely mintákat tartják a legerősebbnek, a leggyorsabbnak és az összességében győztesnek.

Milyen típusú kitöltési minták léteznek?

Ha megnézzük a Cura-t, a legnépszerűbb szeletelőszoftvert, itt vannak az általuk kínált kitöltési mintázati lehetőségek, valamint néhány vizuális és hasznos információ.

• Rács
• Vonalak
• Háromszög
• Háromszögletű
• Kocka
• Kubikus alosztály
• Oktett
• Negyed köbös
• Koncentrikus
• ZigZag
• Kereszt
• Cross3D
• Gyroid

Mi az a Grid Infill?

Ez a kitöltési minta keresztbe-kasul mintázott, amely két egymásra merőleges vonalcsoportot hoz létre, amelyek középen négyzeteket alkotnak.

• Nagy erő a függőleges irányban
• Jó szilárdság a kialakított vonalak irányában
• Gyengébb az átlós irányban
• Elég jó, sima felületet hoz létre

Mi az a Lines/Rectilinear Infill?

A Vonalak minta több párhuzamos vonalat hoz létre az objektumon, rétegenként váltakozó irányban. Tehát alapvetően az egyik rétegben az egyik irányba futnak a vonalak, majd a következő rétegben a másik irányba. Nagyon hasonlít a rácsmintához, de van egy különbség.

• Általában gyenge a függőleges irányban
• Vízszintes irányban nagyon gyenge, kivéve a vonalak irányát.
• Ez a legjobb minta a sima felülethez.

Az alábbiakban egy példa látható arra, hogy a Vonalak és a Rács mintázat hogyan különbözik, ahol a kitöltési irányok alapértelmezés szerint 45° & -45°.

Vonalak (egyenes vonalú) kitöltés:

Réteg 1: 45° - átlós jobb irányban

Réteg 2: -45° - átlós bal irányban

3. réteg: 45° - átlós jobbra irányban

Réteg 4: -45° - átlós bal irányban

Rácsos kitöltés:

1. réteg: 45° és -45°

2. réteg: 45° és -45°

3. réteg: 45° és -45°

4. réteg: 45° és -45°

Mi az a Triangle Infill?

Ez eléggé magától értetődő; egy olyan kitöltési minta, ahol három különböző irányú vonalkészletet hozunk létre háromszögek kialakítására.

• Mindkét vízszintes irányban azonos erővel rendelkezik
• Nagy nyírási ellenállás
• Probléma az áramlás megszakításával, így a nagy töltetsűrűségű töltelékeknek alacsony a relatív szilárdsága

Mi az a Tri-Hexagonal Infill?

Ez a kitöltési minta háromszögek és hatszög alakú formák keverékét tartalmazza, amelyek az egész tárgyban elszórtan helyezkednek el. Ezt úgy éri el, hogy három különböző irányban három vonalcsoportot hoz létre, de úgy, hogy ezek nem ugyanabban a helyzetben metszik egymást.

• Vízszintes irányban nagyon erős
• Egyenlő erő mindkét vízszintes irányban
• Nagy nyírási ellenállás
• Sok felső bőrréteg szükséges az egyenletes felső felület eléréséhez

Mi az a Cubic Infill?

A Cubic minta olyan kockákat hoz létre, amelyek címezve és egymásra helyezve 3 dimenziós mintát hoznak létre. Ezek a kockák úgy vannak tájolva, hogy a sarkokon álljanak, így a belső felületek túlnyúlása nélkül nyomtathatók.

• Egyenlő szilárdság minden irányban, beleértve a függőleges irányt is
• Elég jó általános erősség minden irányban
• Ezzel a mintával csökken a párnázás, mert nem jönnek létre hosszú függőleges zsebek.

Mi az a Cubic Subdivision Infill?

A Cubic Subdivision minta szintén kockákat és egy 3 dimenziós mintát hozott létre, de nagyobb kockákat hoz létre az objektum közepe felé. Ez azért történik, hogy a szilárdság szempontjából legfontosabb területeken jó kitöltés legyen, miközben anyagot takarít meg ott, ahol a kitöltés a legkevésbé hatékony.

A kitöltési sűrűségeket növelni kell ezzel a mintával, mert a középső területeken nagyon alacsonyak lehetnek. Úgy működik, hogy létrehoz egy sorozatot 8 alábontott kockából, majd a falaknak ütköző kockák alábontásra kerülnek, amíg a kitöltési vonaltávolság el nem éri.

• A legjobb és legerősebb minta a súly és a nyomtatási idő szempontjából (szilárdság/tömeg arány).
• Egyenlő szilárdság minden irányban, beleértve a függőleges irányt is
• Csökkenti a párnázás hatását is
• A kitöltési sűrűség növelése azt jelenti, hogy a kitöltés nem látszik át a falakon.
• Sok visszahúzódás, nem jó rugalmas vagy kevésbé viszkózus anyagokhoz (folyékony)
• A szeletelési idő viszonylag hosszabb

Mi az az Octet Infill?

Az Octet kitöltési minta egy másik 3 dimenziós minta, amely kockák és szabályos tetraéderek (háromszögletű piramis) keverékét hozza létre. Ez a minta több, egymás melletti kitöltési vonalat hoz létre időnként.

• Erős belső kerettel rendelkezik, különösen a szomszédos vonalaknál
• A közepes vastagságú (kb. 1 cm/0,39″) modellek jól teljesítenek a szilárdság szempontjából.
• Csökkenti a párnázási hatást, mivel nem keletkeznek hosszú függőleges légzsebek.
• Rossz minőségű felületek előállítása

Mi az a Quarter Cubic Infill?

A Quarter Cubic egy kicsit bonyolultabb magyarázat, de nagyon hasonlít az Octet Infillhez. Ez egy 3 dimenziós minta vagy tesszaláció (alakzatok szoros elrendezése), amely tetraéderekből és rövidített tetraéderekből áll. Akárcsak az Octet, ez is több infill-vonalat helyez egymás mellé időnként.

• A nagy terhelés eloszlatja a súlyt a belső szerkezetre
• A keret két különböző irányba van tájolva, ami egyenként gyengévé teszi őket.
• Nagy relatív szilárdság az alacsony vastagságú (néhány mm) modellek esetében
• Csökkentett párnázó hatás a felső rétegeknél, mivel nem keletkeznek hosszú függőleges légzsebek.
• Az áthidalási távolság ennél a mintánál hosszú, így negatívan befolyásolhatja a felső felület minőségét.

Mi az a koncentrikus kitöltés?

A koncentrikus kitöltési minta egyszerűen egy sor belső szegélyt hoz létre az objektum kerületével párhuzamosan.

• 100%-os kitöltési sűrűségnél ez a legerősebb minta, mivel a vonalak nem metszik egymást.
• Kiválóan alkalmas rugalmas nyomatokhoz, mivel gyenge és egyenletes minden vízszintes irányban.
• Nagyobb erővel rendelkezik a függőleges irányban, mint a vízszintes irányban
• A leggyengébb kitöltési minta, ha nem 100%-os kitöltési sűrűséget használunk, mivel a vízszintes szilárdság nincs meg.
• A 100%-os kitöltési sűrűség jobban működik a nem kör alakú formáknál.

Mi az a cikkcakkos kitöltés?

A cikk-cakk minta egyszerűen éppen azt a mintát hozza létre, mint ahogyan a neve is. Nagyon hasonlít a Lines mintához, de a különbség az, hogy a vonalak egyetlen hosszú sorban kapcsolódnak össze, ami kevesebb áramlási megszakítást eredményez. Főleg tartószerkezetekben használják.

• Ha 100%-os töltetsűrűséget használunk, ez a minta a második legerősebb.
• Jobb a kör alakú formáknál, mint a koncentrikus mintázat 100%-os kitöltési százaléknál.
• Az egyik legjobb minta a sima felülethez, mivel a vonaltávolság nagyon kicsi.
• Gyenge szilárdság függőleges irányban, mivel a rétegek kötési pontjai nem megfelelőek.
• Vízszintes irányban nagyon gyenge, kivéve a vonalak irányát.
• Rossz nyírási ellenállás, ezért terhelés alatt gyorsan meghibásodik.

Mi az a Cross Infill?

A Cross infill minta egy szokatlan minta, amely görbéket hoz létre, amelyek között üres terek vannak, és egy tárgy belsejében kereszt alakzatokat másolnak.

• Nagyszerű mintázat rugalmas tárgyakhoz, mivel minden irányban egyenletesen gyenge nyomású
• Hosszú egyenes vonalak nem keletkeznek vízszintes irányban, így nem erős semmilyen helyen
• Egyáltalán nem rendelkezik behúzásokkal, így könnyebb vele rugalmas anyagokat nyomtatni.
• Függőleges irányban erősebb, mint vízszintes irányban

Mi az a Cross 3D Infill?

A Cross 3D infill minta létrehozza ezeket a görbéket a köztük lévő terekkel, a tárgy belsejében lévő kereszt alakzatokat utánozva, de a Z tengely mentén is impulzál, így a függőleges irányban gyengébb lesz.

• Vízszintes és függőleges irányban is egyenletes "nyúlósságot" eredményez, a legjobb mintázat a rugalmas anyagokhoz.
• Nincsenek hosszú egyenes vonalak, így minden irányban gyenge.
• Szintén nem vonja vissza
• Ez viszonylag sokáig tart

Mi az a Gyroid Infill?

A Gyroid kitöltési minta váltakozó irányú hullámokat hoz létre.

• Minden irányban egyformán erős, de nem a legerősebb kitöltési minta.
• Kiválóan alkalmas rugalmas anyagokhoz, de kevésbé nyúlós tárgyat eredményez, mint a Cross 3D
• Jó nyírási ellenállás
• Egyetlen térfogatot hoz létre, amely lehetővé teszi a folyadékok áramlását, kiválóan alkalmas oldható anyagokhoz.
• Hosszú szeletelési idővel rendelkezik és nagy G-kód fájlokat hoz létre
• Egyes nyomtatóknak nehéz lehet lépést tartani a másodpercenkénti G-kód parancsokkal, különösen soros kapcsolaton keresztül.

Mi a legjobb kitöltési minta az erősséghez (Cura)?

Sokan vitatkoznak arról, hogy melyik kitöltési minta a legjobb az erősség szempontjából. Ezek a kitöltési minták több irányban nagy szilárdságúak, általában 3 dimenziós mintáknak minősülnek.

A legjobb jelöltek, akiket az emberek kidobtak, általában a következők:

• Kocka
• Gyroid

Szerencsére ez egy meglehetősen rövid lista, így nem kell túl sok mindent átnéznie, hogy megtalálja a tökéletes illeszkedést. Átnézem az egyes erősségű töltelékmintákat, hogy segítsek eldönteni, hogy melyikre menjen. Őszintén szólva, amit kutattam, nincs túl nagy különbség az erősség között, de az egyiknek van a felső kéz.

Kocka

A Cubic azért nagyszerű, mert egyenletes erőssége minden irányból. A Cura erős kitöltési mintaként ismeri, és számos variációval rendelkezik, amelyek megmutatják, mennyire hasznos kitöltési mintaként.

A tiszta szerkezeti szilárdság tekintetében a Cubic nagyon elismert és népszerű a 3D nyomtatók felhasználói körében.

A modelltől függően előfordulhat a túlnyúló sarkok torzulása, de általában nagyon simán nyomtat.

Gyroid

A gyroid minden irányban egyenletes szilárdsága, valamint a gyors 3D nyomtatási idő miatt előnyös. A CNC Kitchen által végzett "zúzási" szilárdsági teszt szerint a gyroid töltésminta 10%-os töltéssűrűség esetén pontosan 264 kg-os törési terhelést jelentett mind a merőleges, mind a keresztirányú irányban.

A nyomtatási idő körülbelül 25%-kal nő a Lines mintához képest. A Cubic és a Gyroid nyomtatási ideje nagyon hasonló.

Több anyagot használ fel, mint a Cubic, de hajlamosabb a nyomtatási problémákra, például arra, hogy a rétegek nem rakódnak egymásra.

Ennek a kitöltési mintának a nagy nyírószilárdsága, hajlításállósága és kis súlya miatt ideális választás a legtöbb más mintával szemben. Nemcsak nagy szilárdsággal rendelkezik, hanem rugalmas nyomatokhoz is kiváló.

A Cartesian Creations által lefuttatott speciális szilárdsági tesztek szerint a legerősebb kitöltési minta a Gyroid volt, szemben a 3D Honeycomb (a Cubic-hoz hasonló Simplify3D minta) és a Rectilinear mintával.

Kimutatta, hogy a Gyroid mintázat nagyszerűen elnyeli a feszültségeket, 2 fal, 10%-os kitöltési sűrűség és 6 alsó és felső réteg esetén. Megállapította, hogy erősebb, kevesebb anyagot használ és gyorsabban nyomtat.

A választás az Öné, de én személy szerint a Cubic mintát választanám, ha maximális teherbírást szeretnék. Ha rugalmassággal és gyorsabb nyomtatással együtt erőre vágyik, akkor a Gyroid a megfelelő minta.

A maximális szilárdsághoz a kitöltési mintázaton kívül más tényezők is hozzájárulnak. A CNC Kitchen úgy találta, hogy a fő tényező a falak száma és a falvastagság, de ez még mindig jelentős befolyással bír.

Ezt úgy állapította meg, hogy számos különböző kitöltést, sűrűséget és falvastagságot tesztelt, és megállapította, hogy a falvastagságnak mekkora jelentősége van.

Ez a hipotézis mögött több bizonyíték is áll egy 2016-ban írt cikkel a kitöltési minták hatása a szakítószilárdságra. Ez elmagyarázza, hogy a különböző kitöltési minták legfeljebb 5%-os szakítószilárdsági különbséget mutattak, ami azt jelenti, hogy a minta önmagában nem jelent túl nagy különbséget.

A fő különbség a kitöltés tekintetében a kitöltés százalékos aránya volt. Bár a szakítószilárdság nem az egyetlen keresett szilárdság, így ez nem jelenti azt, hogy a kitöltési minták nem jelenthetnek 5%-nál nagyobb különbséget a funkcionalitás szempontjából.

Mi a leggyorsabb töltésminta a sebességhez?

Ha a sebesség szempontjából legjobb kitöltési mintát keressük, akkor itt egyértelműen az a tényező, hogy mely minták rendelkeznek a legegyenesebb vonalakkal, kevesebb mozgással és a nyomtatáshoz felhasznált legkevesebb anyaggal.

Ezt elég könnyű meghatározni, ha végiggondoljuk, hogy milyen mintákat választhatunk.

A sebesség szempontjából a legjobb kitöltési minta a Lines vagy Rectilinear minta, amely a Cura alapértelmezett kitöltési mintája. A legtöbb irányváltozást tartalmazó minták nyomtatása általában tovább tart, ezért az egyenes vonalak nyomtatása a leggyorsabb, nagy sebességgel.

Amikor a sebesség és a legkevesebb anyag felhasználásának fontos tényezőjét vizsgáljuk, akkor a legjobb szilárdság/tömeg arány paraméterét nézzük. Ez azt jelenti, hogy a szilárdság és a súly szempontjából melyik kitöltési minta rendelkezik a legjobb szilárdsággal ahhoz képest, hogy mennyi kitöltést használunk.

Nem szeretnénk egyszerűen a legkevesebb anyagot használni, és egy olyan tárgyat, amely könnyen szétesik.

Valóban végeztek vizsgálatokat ezzel a paraméterrel kapcsolatban, ahol a CNC Kitchen megállapította, hogy a normál egyenes vonalú vagy vonalas mintázat rendelkezik az egyik legjobb szilárdság/tömeg aránnyal, és a legkevesebb anyagot használja fel. A kocka alakú alosztás mintázat egy másik versenyző a legkevesebb anyag felhasználásáért. Nagy sűrűségű kitöltést hoz létre a falak körül és alacsonyabbat a közepén.

Ez egy tökéletes minta, amelyet alapértelmezettként használhat a nyomatokhoz, kivéve, ha a funkcionalitás és az erősség miatt különleges célja van. A Lines minta vagy a Cubic Subdivision nem csak nagyon gyorsan nyomtat, de alacsony mennyiségű töltőanyagot használ és jó erősséggel rendelkezik.

Mi a legjobb töltelékminta a rugalmas 3D nyomtatáshoz?

A TPU és a rugalmas anyagokhoz a legjobb töltelékminták a következők:

• Koncentrikus
• Kereszt
• Cross 3D
• Gyroid

A modelltől függően lesz egy ideális minta a rugalmas 3D nyomatokhoz.

Mint korábban említettük, a koncentrikus minta 100%-os kitöltési sűrűségnél működik a legjobban, de leginkább a nem kör alakú tárgyak esetében. Meglehetősen jó függőleges szilárdsággal, de gyenge vízszintes szilárdsággal rendelkezik, ami a rugalmas tulajdonságokat adja.

A Cross és a Cross 3D minták minden oldalra egyenletes nyomást gyakorolnak, de a Cross 3D a függőleges irányú elemet is hozzáadja, de hosszabb ideig tart a szeletelés.

A Gyroid nagyszerű, ha kisebb sűrűségű töltelékeket használ, és több okból is hasznos. Gyors nyomtatási idővel rendelkezik, nagyszerűen ellenáll a nyírással szemben, de összességében kevésbé rugalmas, mint a többi rugalmas minta.

Ha a legjobb töltelékmintát keresi a tömörítéshez, akkor a Gyroid az egyik legjobb választás.

Mennyit számít a kitöltés sűrűsége vagy százalékos aránya?

A kitöltési sűrűség számos fontos paramétert befolyásol a 3D nyomtatott alkatrésznél. Ha a Cura-ban az "Infill Density" (Kitöltési sűrűség) beállítás fölé mozgatja a gépet, akkor látható, hogy ez befolyásolja a Top Layers (felső rétegek), Bottom Layers (alsó rétegek), Infill Line Distance (kitöltési vonaltávolság), Infill Patterns & Infill Overlap (kitöltési átfedés) beállításokat.

A kitöltési sűrűség/százalékos arány elég jelentős hatással van az alkatrész szilárdságára és a nyomtatási időre.

Minél magasabb a töltés százalékos aránya, annál erősebb lesz az alkatrész, de 50% feletti töltéssűrűségnél már sokkal kevésbé jelentős a plusz szilárdság hozzáadása szempontjából.

A Cura programban beállított kitöltési sűrűség közötti különbség nagy különbséget jelent a tekintetben, hogy mit változtat az alkatrészszerkezetben.

Az alábbiakban egy vizuális példa látható a 20%-os és a 10%-os töltéssűrűségre.

A nagyobb kitöltési sűrűség azt jelenti, hogy a kitöltési vonalak közelebb kerülnek egymáshoz, ami azt jelenti, hogy több szerkezet dolgozik együtt az alkatrész szilárdsága érdekében.

Elképzelhető, hogy egy kis sűrűségű anyagot sokkal könnyebb lenne széttörni, mint egy nagy sűrűségűt.

Fontos tudni, hogy a kitöltési sűrűség a kitöltési minták különbségei miatt nagymértékben eltér attól, hogy hogyan hat egy alkatrészre.

Alapvetően egy 10%-os kitöltés 20%-os kitöltésre történő változtatása egy Lines mintánál nem lesz ugyanaz, mint ugyanez a változás egy Gyroid mintánál.

A legtöbb kitöltési minta hasonló sűrűségű kitöltés esetén hasonló súlyt mutat, de a háromszög minta csaknem 40%-os növekedést mutatott az összsúlyban.

Ezért azok, akik a Gyroid kitöltési mintát használják, nem igényelnek olyan magas kitöltési százalékokat, mégis tekintélyes szintű alkatrészszilárdságot érnek el.

Az alacsony kitöltési sűrűség olyan problémákat eredményezhet, mint például, hogy a falak nem csatlakoznak a kitöltéshez, és légzsebek keletkeznek, különösen a sok kereszteződéssel rendelkező minták esetében.

Alápréselődést kaphat, amikor az egyik kitöltési vonal keresztezi a másik vonalat az áramlás megszakadása miatt.

A Cura elmagyarázza, hogy a kitöltési sűrűség növelése a következő hatásokkal jár:

• Összességében erősebbé teszi a nyomatokat
• Jobb alátámasztást biztosít a felső felületi rétegeknek, simábbá és légmentesebbé téve azokat.
• Csökkenti a hibaelhárítási problémákat, mint például a párnázás
• Több anyagot igényel, így nehezebb a szokásosnál
• Sokkal hosszabb ideig tart a nyomtatás a tárgy méretétől függően.

Tehát a kitöltési sűrűség mindenképpen számít, amikor a nyomatok szilárdságát, anyaghasználatát és időzítését vizsgáljuk. Általában jó egyensúlyt kell találni a kitöltési százalékok között, amelyek 10%-30% között mozognak attól függően, hogy mire kívánja használni az alkatrészt.

Az esztétikai vagy a nézegetésre készült alkatrészek sokkal kisebb kitöltési sűrűséget igényelnek, mert nem igényelnek szilárdságot. A funkcionális alkatrészek nagyobb kitöltési sűrűséget igényelnek (akár 70%-ot is), hogy hosszú ideig bírják a terhelést.

A legjobb töltelékminta átlátszó szálakhoz

Sokan szeretik a Gyroid kitöltési mintát használni az átlátszó szálakhoz, mert ez egy menő kinézetű mintát ad. A Cubic vagy Honeycomb kitöltési minta szintén jól néz ki az átlátszó 3D nyomtatásokhoz. A legjobb kitöltés az átlátszó nyomtatásokhoz általában 0% vagy 100%, hogy a modell világosabb legyen.

Itt egy példa a Gyroid töltelékmintázatra egy tiszta PLA 3D nyomtatásban. Egy felhasználó azt mondta, hogy ők is a Gyroidot használják 15%-os töltetsűrűséggel.

Tiszta plakk a kitöltéssel hűvös mintát ad a 3D nyomtatásból

Nézze meg az alábbi videót, amely nagyszerű látványt nyújt a 3D nyomtatáshoz használt átlátszó szálakról.