3Dプリントをする際に重要な設定のひとつである「インフィル」ですが、実際にプリントをする際にどれくらいのインフィルが必要なのか気になりますよね。 今回は、良いインフィルの割合について調べてみましたので、ご紹介します。

強度よりも見た目の美しさを重視するのであれば、10～20％程度で十分ですが、強度や耐久性、機能性を重視するのであれば、50～80％程度で十分です。

この記事の続きでは、3Dプリントに必要なインフィルの量に影響する要因や、その他のヒントについて詳しく説明します。

インフィルとは？

3Dモデルをプリントする際、精密さや注意が必要ないのが内装のプリント方法です。 そのため、モデルの内装を完全にソリッドにする必要はありません。 そのため、別のアプローチで内装をより効果的かつ効率的にプリントすることができます。

インフィルとは、モデルの壁や外周を支えるために、モデル内部に印刷される立体構造物のことです。 インフィルは、少ない材料で印刷モデルに強度を与えるために使用します。 印刷を容易にするために、繰り返しパターンにすることができます。

インフィルの大きな利点は、内部をさまざまなくぼみで印刷できることです。 この要素は、インフィル密度という別の用語で表すことができます。

インフィル密度が0％の場合は、プリントモデルが完全に空洞であることを意味し、100％の場合は、モデルの内部が完全に固いことを意味します。 インフィルは、構造を保持するだけでなく、構造の強度も決定します。

ここでは、3Dプリントモデルのインフィルについて、その種類や機能によって必要な量が異なります。 ここでは、インフィルの種類や目的別に使用するパターンについて説明します。

目的によって異なるインフィル密度

モデルや装飾品としての使用法

展示用模型の場合、大きな負荷に耐えられる強度は必要ないため、構造体を支えるための強すぎるインフィルは必要ありません。

このため、インフィルの密度を10～20％程度にすることで、材料を節約できるとともに、必要な用途を問題なくこなすことができます。

このような場合、ラインやジグザグなどのパターンが最適です。 これらのパターンは非常にシンプルなので、簡単に印刷することができ、印刷時間も短くなります。

また、大きなプリントの場合は、5％のインフィルを使用することを推奨する人もいますが、必ずLinesインフィルパターンを使用してください。 周囲を増やしたり、肉厚を増やしたりして、モデルに強度を持たせることができます。

Redditユーザーによる下の3Dプリントをご覧ください。

7時間 エンダー3から5％インフィルした場合

標準3Dモデル

印刷後に展示以外で使用する印刷モデルです。 前作よりも強度が求められ、適度な応力に対応できることが求められます。 そのため、インフィル密度を15～50％程度に高める必要があります。

これらのパターンは、直線やジグザグに比べるとやや複雑なため、印刷に時間がかかります。 実際、これらのパターンは、これまでのパターンに比べて25％以上時間がかかると言われています。

グリッド構造は、3つの中で最もシンプルで、最も弱い構造です。 シンプルなグリッドなので、他のものに比べて素早く印刷することができます。

三角形のパターンは、壁面に垂直に荷重をかけたときに荷重を受けることができるのが大きな特徴で、長方形が少ないモデルにおいては、格子状のパターンに比べて壁面とのつながりが強くなるため、このパターンを利用することができます。

三角形と六角形の組み合わせで、3つの中で最も強いのがトライヘキサゴンです。 六角形をメッシュに含めると、より強くなります。 これは、ハニカムが同じ多角形をメッシュに使っていることからも明らかです。

また、三六角形のメッシュは、冷却不良による構造的な損傷が少ないという利点があります。 これは、このパターンのすべてのエッジが他の部分よりも短いため、曲げや変形のための長さが小さくなっているためです。

機能的な3Dモデル

サポートモデルや交換部品として使用されるなど、用途に合わせて作られたプリントモデルです。

機能性3Dモデルには、高い強度と耐荷重が要求されるため、それを満たすインフィルが必要です。 そのため、インフィル密度は50～80％程度が望ましいとされています。

オクテットパターンは四面体の繰り返し構造で、ほとんどの方向から均一に壁に強度を与えることができます。

ジャイロイドは、あらゆる方向からのストレスに対応できる、3次元の波のような構造を持ち、全方向に対称であるため、全方向に強さを発揮するパターンです。

ジャイロイド構造は、蝶の羽や細胞の膜に見られる自然界に存在する構造で、低密度で優れた強度を示します。

フレキシブルモデル

インフィルを印刷する素材は、柔軟性を得るために考慮する必要があります。 ここでは、この目的のためにPLAを使用することが最善の解決策となります。

同心円状、クロス状、クロス3D状などのパターンがあります。

Concentricは、アウトラインの波紋のようなインフィルパターンで、アウトラインを同心円状にコピーしてインフィルを構成します。 また、crossは、2Dグリッドで、その間にねじれや曲がりの空間があるパターンです。

同心円や2Dのパターンは自由度が高いですが、少し硬いものが欲しい場合は、クロス3Dというパターンが最適です。 このインフィルはZ軸方向に傾斜がありますが、2D平面の層では同じままです。

インフィルのメリット

印刷速度の向上

3Dプリンターは、インフィルとアウトラインの2つのパーツで構成されています。 アウトラインは、プリントモデルの外殻や壁となるレイヤーの外周部分です。

レイヤーを印刷する際、アウトラインはオブジェクトの形状を決定するため、印刷に高い精度が必要です。 一方、インフィルは繰り返しパターンであるため、従来のような精度は必要なく、行ったり来たりしながら素早く印刷することができます。

低材料消費量

3Dモデルの印刷に使用する材料は、内部が純粋な固体である場合に最も多くなります。 これをインフィル密度100％のインフィルと呼びます。 適切なインフィルを使用することで、3Dモデルの印刷に使用する材料を減らすことができます。 必要に応じて、インフィル密度を選択することができます。

選べるさまざまなパターン

インフィルには様々なパターンがあり、必要に応じて選択することができます。 パターンによって特性が異なるため、必要に応じて使い分けることができます。 パターンは、以下の要素を考慮して選択されることが多いようです。

• モデルの形状 - オブジェクトのパターンは自由に選択できます。 最適なソリューションは、モデルの特定の形状に対して、最小限の材料で最大の強度を得られるものを選択することです。 丸いまたは円筒形のソリューションを作る場合、それを保持するための最適なパターンは、アーキやオクタなどの同心円パターンを選択することです。
• 柔軟性 - 強度や剛性にこだわらないのであれば、同心円パターンやクロス、クロス3Dなど、柔軟性のあるインフィルパターンを選ぶ必要があります。 全体的に柔軟性のあるパターンや特定の次元の柔軟性に特化したパターンがあります。
• モデルの強度 - パターンはモデルの強度を決める上で大きな役割を果たします。 ジャイロイド、キュービック、オクテットなどのパターンはかなり強力です。 これらのパターンは、同じインフィル密度で他のパターンよりもモデルに強度を与えることができます。
• 素材の使い方 - インフィルの密度に関係なく、ぎっしり詰まったパターンもあれば、ゆるく結合して余白を多くしたパターンもあります。

インフィルの効率的な活用

インフィル印刷の角度

インフィルの印刷には、さまざまな注意点があります。 そのひとつが、インフィルを印刷するときの角度です。

これは、45度の角度では、XモーターとYモーターが等しい速度で動作するためです。 これにより、インフィルを完成させる速度が向上しています。

インフィルの角度を変えることで、弱い部分を強くすることができますが、角度を変えるとスピードが落ちてしまいます。 この問題を回避する最善の方法は、スライスソフト自体でインフィルとモデルの位置関係を正しくすることでしょう。

インフィル オーバーラップ

インフィルオーバーラップの値を大きくすることで、インフィルと壁の結合をより強固にすることができます。 インフィルオーバーラップは、大きくするとインフィルと輪郭の内壁の交差が大きくなるパラメータです。

グラデーションとグラデーションインフィル

3Dプリントの壁に向かってインフィルを強くしたい場合、グラデーションインフィルを使うのが最適です。 グラデーションインフィルは、XY平面上でインフィル密度が変化します。 モデルの輪郭に近づくほど、インフィル密度は高くなります。

ただし、印刷時間がかかるというデメリットがあります。

似たような印刷に、Z軸を通してインフィル密度が変化するグラデーションインフィルというものがあります。

インフィルの厚み

厚いインフィルを使用すると強度や剛性が高くなりますが、非常に薄いインフィルを印刷すると、応力によって構造が破損しやすくなります。

複数のインフィル密度を持つ

新しい3Dプリントソフトの中には、1つのモデルでインフィル密度を何度も変更できる強力なツールを搭載しているものがあります。

この手法の最大の利点は、強度が必要な部分に材料を賢く使えることです。 プリントの一部分だけを強く保持するために、モデル全体を高いインフィル密度で使用する必要はありません。