インフィルパターンは、3Dプリントの多くの設定の中の1パーツに過ぎないため、3Dプリントでは見落とされることがあります。 インフィルパターンはいくつかありますが、リストを見ていて、「3Dプリントではどのインフィルパターンが一番いいんだろう？

3Dプリントのインフィルパターンは、スピードと強度のバランスを考えると、キュービックのような六角形が最適です。 3Dプリントするパーツの機能を見極めると、最適なインフィルパターンが変わってきます。 スピードならラインパターン、強度ならキュービックというように、インフィルパターンの種類は様々です。

インフィルパターンは、私が最初に思っていたよりも少し多く、それぞれのインフィルパターンの基本や、人々がどのパターンを最強、最速、総合的な勝者と見ているかをもう少し詳しく説明します。

インフィルパターンにはどのような種類があるのでしょうか？

スライスソフトの代表格であるCuraのインフィルパターンオプションを、ビジュアルとお役立ち情報とともにご紹介します。

• グリッド
• ラインズ
• トライアングル
• トライヘキサゴナル
• キュービック
• キュービックサブディビジョン
• オクテット
• クォーターキュービック
• コンセントリック
• ジグザグ
• クロス
• クロス3D
• ジャイロイド

グリッドインフィルとは？

このインフィルパターンは、直交する2組のラインを作り、真ん中に四角形を形成するクロスオーバーパターンです。

• 縦方向に大きな力を発揮する
• 形成された線上の方向に良好な強度を持つ
• 対角線方向に弱くなる
• かなり良好で滑らかな上面を作ることができる

Lines/Rectilinear Infillとは？

Linesパターンは、オブジェクトに複数の平行な線を、レイヤーごとに交互に作ります。 つまり、あるレイヤーには一方向の線、次のレイヤーには反対方向の線が入ります。 グリッドパターンと非常によく似ていますが、違いがあります。

• 通常、縦方向には弱い
• ライン方向以外の水平方向には非常に弱い
• 天面を滑らかにするために最適なパターンです

LinesとGridのパターンが異なる例を以下に示しますが、インフィルの方向はデフォルトで45° & -45°となっています。

ライン（レクティリニア）インフィル：

レイヤー1：45°-斜め右方向

レイヤー2：-45°-斜め左方向

レイヤー3：45°-斜め右方向

レイヤー4：-45°-左斜め方向

グリッドインフィルです：

レイヤー1：45度、-45度

レイヤー2：45°と-45°。

レイヤー3：45°と-45°。

レイヤー4：45°と-45°。

トライアングルインフィルとは？

インフィルパターンと呼ばれるもので、3本の線が異なる方向から三角形になるように作られたものです。

• 水平方向に均等な強度を持つ。
• 優れた耐せん断性
• 流れが途切れるので、高密度のインフィルでは相対強度が低くなるという問題がある。

トライヘキサゴナルインフィルとは？

三角形と六角形が混在するインフィルパターンで、3方向に3組の線を作り、互いに同じ位置で交差しないように配置しています。

• 横方向には非常に強い
• 水平方向に均等な強度を持つ
• 耐せん断性に優れている
• 均一な表皮を得るために、多くの表皮層を必要とする

キュービックインフィルとは？

キュービックパターンは、キューブにタイトルをつけて積み重ね、立体的なパターンを作ります。 このキューブは、角に立つような向きになっているので、内面からはみ出さずにプリントすることができます

• 垂直方向も含め、全方向に均等な強度を持つ。
• 全方向への総合的な強度がかなり高い
• 縦に長いポケットを作らないため、ピローイングを軽減することができます。

キュービック・サブディビジョン・インフィルとは？

キュービックサブディビジョン・パターンもキューブと立体的なパターンを作りますが、オブジェクトの中央に向かって大きなキューブを作ります。 これは、強度的に最も重要な部分には良いインフィルを作り、インフィルの効果が低い部分には材料を節約するために行います。

このパターンでは、中層部のインフィル密度が低くなってしまうので、インフィル密度を高める必要があります。 8分割されたキューブを連続して作り、壁に当たっているキューブをインフィルラインの距離に達するまで分割していく仕組みになっています。

• 重量と印刷時間の点で最高・最強のパターン（強度対重量比）
• 垂直方向も含め、全方向に均等な強度を持つ。
• ピローイングによる影響も軽減
• インフィル密度を高めるということは、インフィルが壁から透けて見えてはいけないということです
• 引っ込みが多いので、フレキシブルな素材や粘度の低い素材（水っぽいもの）には向かない
• スライス時間が比較的長い

オクテットインフィルとは？

Octetインフィルパターンは、立方体と正四面体（三角錐）が混在する3次元パターンです。 このパターンでは、複数のインフィルラインが隣接して出現することがあります。

• 強い内部フレームを持ち、特に隣接するラインは
• 中程度の厚み（1cm前後/0.39″）のモデルは、強度の面でも優れている
• また、縦に長いエアポケットを作らないため、ピローイング効果も低減しています。
• 表面品質が悪いものを作る

クォーターキュービックインフィルとは？

クォーターキュービックは、説明が少し複雑になりますが、オクテットインフィルとよく似ています。 四面体と短縮四面体からなる3次元パターンまたはテッサレーション（図形の接近配置）です。 オクテットと同様に、複数のインフィルラインを隣接して配置することもあります。

• 重い荷物を載せても、内部構造への負担が少ない
• フレームの向きが2種類あるため、個々に弱い。
• 厚みの少ないモデル（数mm）に対して、大きな相対強度を持つ。
• 縦に長いエアポケットを作らないため、トップレイヤーのピローイング効果が低下する。
• このパターンはブリッジングディスタンスが長いので、上面の品質に悪影響を与える可能性がある。

コンセントリックインフィルとは？

Concentricインフィルパターンは、オブジェクトの外周と平行に一連のインナーボーダーを作成するだけです。

• インフィル密度100%では、線が交差しないため、最強のパターンとなる
• 横方向に弱く、均一なので、フレキシブルプリントに最適
• 縦方向と横方向で強度が違う
• 水平方向の強度がないため、インフィル密度を100%にしない場合、最も弱いインフィルパターンとなる
• 100%のインフィル密度は、非円形の形状でより効果を発揮します。

ジグザグインフィルとは？

ジグザグパターンは、その名の通りジグザグとしたパターンを作るもので、ラインパターンとよく似ていますが、線が長い一本の線でつながっているため、流れが途切れにくくなります。 主に支持構造物に使われます。

• インフィル密度を100%にした場合、このパターンは2番目に強いです
• インフィル率100％のConcentricパターンに比べ、円形に適している。
• ラインディスタンスがほとんどないため、トップ面の平滑化に最適なパターンの一つです。
• 層間の接着が不十分なため、垂直方向の強度が弱い。
• 線の向き以外の水平方向には非常に弱い
• 耐せん断性に劣るため、負荷がかかるとすぐに破損する。

クロスインフィルとは？

クロスインフィルパターンは、曲線と空間の間に空間を作り、物体の中の十字架を再現した異色のパターンです。

• 全方向に均等に弱圧がかかるので、柔軟な物体に最適なパターンです
• 横方向に長い直線が出ないので、どのスポットでも強くない
• 屈折が全くないので、柔軟性のある資料の印刷が容易です。
• 水平方向より垂直方向に強い

クロス3Dインフィルとは？

Cross 3Dインフィルパターンは、オブジェクトの中に十字架を再現するように、曲線と空間を作り出しますが、Z軸方向にパルスがかかり、垂直方向には弱くなっています。

• 水平方向、垂直方向ともに均一な "しなり "を作り出し、フレキシブルに最適なパターンです。
• 長い直線がないため、全方向に弱い
• また、リトラクトも発生しない
• これはスライスするのに比較的時間がかかる

ジャイロイドインフィルとは？

Gyroidのインフィルパターンは、交互に連続した波を作り出します。

• 全方向で同等の強度を持つが、最強のインフィルパターンとは言えない
• 柔軟な素材に最適だが、Cross 3Dに比べ、しぼんだオブジェクトができる。
• 耐せん断性に優れる
• 液体を流すことができる1つの容積を作り、溶解性の高い材料に最適です。
• スライス時間が長く、大きなGコードファイルができる
• プリンターによっては、特にシリアル接続の場合、1秒あたりのG-Codeコマンドに追いつくのが難しい場合があります。

ストレングス（Cura）に最適なインフィルパターンは何か？

どのインフィルパターンが強度的に優れているかは、多くの人が議論するところですが、このインフィルパターンは多方向に高い強度を持つもので、通常、3次元パターンに分類されます。

人々が投げかけた最良の候補は、たいていそうだ：

• キュービック
• ジャイロイド

幸いなことに、このリストは非常に短いので、自分にぴったりのものを見つけるのに、あまり多くのものを見る必要はありません。 ここでは、それぞれの強度のインフィルパターンを見て、どれにするか決めるのに役立てましょう。 私が調べたところでは、これらの間に強度の差はあまりありませんが、一方は優位に立っています。

キュービック

キュービックは、どの方向から見ても強度が均一なのが特徴で、Cura社では強力なインフィルパターンとして知られており、バリエーションも豊富で、インフィルパターンとしての有用性を示しています。

キュービックは、純粋な構造強度の点で、3Dプリンターユーザーから高い評価を受けており、人気があります。

モデルによってはオーバーハングの角の反りが発生することもありますが、一般的には非常に滑らかにプリントされます。

ジャイロイド

CNCキッチンによる「クラッシュ」強度テストでは、ジャイロイドインフィルパターンの破壊荷重は、インフィル密度10%で直角方向、横方向ともに264KGと、全方向への均一な強度を実現しています。

印刷時間については、Linesパターンと比較して約25％増加しています。 CubicとGyroidの印刷時間はほぼ同じです。

キュービックよりも材料を多く使いますが、レイヤーが積層されないなどの印刷上の問題が発生しやすくなります。

高いせん断強度、耐屈曲性、軽量性など、他のインフィルパターンと比較して理想的な選択です。 強度が高いだけでなく、柔軟なプリントにも適しています。

Cartesian Creationsが行った強度テストでは、3Dハニカム（Cubicに似たSimplify3Dパターン）、Rectilinearに比べ、Gyroidが最も強いインフィルパターンであることがわかりました。

その結果、ジャイロイドパターンは、壁2枚、インフィル密度10％、下層・上層6枚で応力吸収に優れていることがわかりました。 また、強度、使用材料、印刷速度も向上することがわかりました。

強度を求めるならキュービックパターン、柔軟性やプリントの速さを求めるならジャイロイドパターン、といった具合に使い分けができます。

CNCキッチンは、インフィルパターン以外の要素で強度を高めていますが、その主な要因は壁の枚数と壁の厚さであることがわかりました。

彼は、インフィルや密度、肉厚をいろいろと変えてテストし、肉厚がいかに重要かを突き止めたのです。

この仮説は、2016年に発表された「インフィルパターンの引張強度への影響」という論文にも根拠があり、インフィルパターンの違いによる引張強度の差は最大5％で、パターンだけではあまり差がないことが説明されています。

ただし、引張強度だけが求められるわけではないので、インフィルパターンによって機能的に5％以上の差が出るというわけではありませんが、インフィルパターンによって、機能的に5％以上の差が出るということです。

スピード重視のインフィルパターンとは？

スピードに最適なインフィルパターンということであれば、どのパターンが最も直線的で、動きが少なく、プリントに使用する材料が少ないかということが、ここで明確になる要素です。

これは、パターンの選択肢を考えると、かなり判断しやすいと思います。

スピードに最も適したインフィルパターンは、CuraのデフォルトインフィルパターンであるLinesまたはRectilinearパターンです。 方向性が最も変化するパターンは通常印刷に時間がかかるため、直線が最も高速に印刷されます。

スピードと最小限の材料を使うという重要な要素に目を向けると、重量あたりの強度比が最も優れているというパラメーターがあります。 つまり、強度と重量の観点から、どのインフィルパターンがどれだけインフィルを使うかに対して、最も強度の高い量を持っているかということです。

最小限の材料しか使わず、簡単に崩れてしまうようなものは避けたいですね。

CNCキッチンは、通常のレクチリニアパターンやラインパターンが、重量あたりの強度が最も高く、材料の使用量も少ないことを発見しました。 キュービックサブディビジョンパターンも、壁の周囲に高密度のインフィルを作り、中央部を低くすることで、材料の使用量を最小限に抑えることができるのです。

機能性や強度など特定の目的があるとき以外、プリントのデフォルトとして持っておくのに最適なパターンです。 LinesパターンやCubic Subdivisionはプリントが非常に速いだけでなく、インフィルの使用量も少なく、強度も十分です。

フレキシブル3Dプリントに最適なインフィルパターンは？

TPUやフレキシブルに最適なインフィルパターンをご紹介します：

• コンセントリック
• クロス
• クロス3D
• ジャイロイド

モデルによって、フレキシブル3Dプリントに最適なパターンがあります。

前述したように、Concentricパターンはインフィル密度100%で最も効果を発揮しますが、ほとんどが非円形のオブジェクトに適用されます。 垂直方向の強度はかなり高いですが、水平方向の強度は弱いため、柔軟な特性を持ちます。

クロス」と「クロス3D」のパターンは、全面に均等な圧力がかかっていますが、「クロス3D」は縦方向の要素も加わっていますが、スライスするのに時間がかかっています。

Gyroidは、低密度のインフィルを使用する場合に有効です。 印刷時間が早く、剪断に強いですが、他のフレキシブルパターンと比較して、全体的に柔軟性が低いです。

圧縮に最適なインフィルパターンをお探しなら、Gyroidは最良の選択肢の一つです。

インフィルの密度や比率はどの程度重要なのか？

Curaの「インフィル密度」設定にカーソルを合わせると、トップレイヤー、ボトムレイヤー、インフィルラインの距離、インフィルパターン、インフィルオーバーラップに影響することがわかります。

インフィル密度/パーセンテージは、部品の強度や印刷時間にかなり大きな影響を及ぼします。

インフィル率が高いほど強度は上がりますが、インフィル率が50％を超えると、強度を高めるという意味ではあまり意味がなくなります。

Curaで設定するインフィル密度の差は、パーツ構造で何を変えるかという点で大きな違いがありますね。

以下は、20%のインフィル密度と10%のインフィル密度を比較したビジュアル例です。

インフィル密度が大きいと、インフィルラインがより近くに配置されることになり、より多くの構造体が連携して部品の強度を高めることになります。

密度の低いものを分解しようとすると、密度の高いものに比べてはるかに容易であることは想像に難くないでしょう。

インフィルパターンの違いにより、インフィル密度が部品に与える影響は大きく異なることを知っておく必要があります。

基本的に、Linesのパターンで10%のインフィルを20%のインフィルに変更するのと、Gyroidのパターンで同じように変更するのは同じではないでしょう。

ほとんどのインフィルパターンは、同じインフィル密度で同じような重量になりますが、トライアングルパターンは全体の重量が40％近く増加することが確認できました。

だから、Gyroidのインフィルパターンを使う人は、それほど高いインフィル率を要求されないのに、それなりの強度が得られるのです。

インフィル密度が低いと、特に交差の多いパターンでは、壁とインフィルがつながらない、エアポケットができるなどの問題が発生します。

フローが途切れたために、あるインフィルラインが他のラインと交差することで、アンダーエクストルージョンを得ることができます。

Curaでは、インフィル密度を上げると以下のような効果があると説明しています：

• プリントを全体的に強くする
• 表層の支持力を高め、より滑らかで気密性の高い表層を実現します。
• ピローイングなどのトラブルシューティングを軽減します。
• 材料が多く必要なため、通常よりも重くなる
• オブジェクトの大きさによっては、印刷に時間がかかる

強度、材料使用量、プリントのタイミングを考慮すると、インフィル密度は間違いなく重要です。 通常、インフィル率は10％から30％の間で、使用目的に応じて良いバランスを取ることができます。

美観を重視したパーツは、強度を必要としないためインフィル密度が低く、機能性を重視したパーツは、長期間の荷重に耐えられるようインフィル密度が高く（最大70％）なっています。

透明フィラメント用ベストインフィルパターン

透明フィラメントのインフィルパターンは、クールな印象を与えるので、多くの人がGyroidインフィルを愛用しています。 CubicやHoneycombインフィルパターンも透明3Dプリントに最適です。 透明プリントに最適なインフィルは、モデルがより明確になるように0％と100％のどちらかを選択するのが普通です。

これは、透明なPLAの3DプリントにおけるGyroidのインフィルパターンの例です。 あるユーザーは、15％のインフィル密度でGyroidも使っていると言っていました。

インフィル入りのクリアプラは、3Dプリンティングによるクールな柄になる

3Dプリントの透明フィラメントについて、以下の動画でご確認ください。