インフィルパターンは、3Dプリントをしているときに見過ごされがちですが、品質に大きな違いをもたらします。 私はいつも、どのインフィルパターンが最強なのか疑問に思っているので、その答えと他の3Dプリンター趣味の人と共有するためにこの記事を書いています。

3Dプリントの用途にもよりますが、一般的にはハニカムパターンが最も強いオールラウンドなインフィルパターンです。 技術的には、力の方向を考慮すると直交パターンが最も強く、逆方向には弱いパターンです。

インフィルパターンは一長一短で、機能によって良いものと悪いものがあるからこそ、多くのインフィルパターンが存在するのです。

インフィルパターンの強度など、部品強度に重要な要素について、さらに詳しくご紹介します。

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最強のインフィルパターンとは？

に関する2016年の研究では、直線パターンと100％インフィルの組み合わせが36.4Mpaという値で最も高い引張強度を示すことが判明しました。

これはテスト用なので、100％インフィルを使うことはできませんが、このインフィルパターンの本当の有効性を示しています。

最強のインフィルパターンはRectilinearですが、力の方向と一致している場合に限り、弱点もあるので、この点は留意してください。

具体的な力の方向で言うと、レクチリニアインフィルパターンは力の方向には非常に強いのですが、力の方向に対してはかなり弱くなります。

意外なことに、このインフィルパターンはプラスチックの使用効率が非常に高いので、ハニカム（30％高速）や他のいくつかのパターンよりも高速にプリントできます。

インフィルパターンは、ハニカム（立方体）と呼ばれるものが最も優れています。

ハニカム（立方体）は、おそらく最も人気のある3Dプリント用インフィルパターンでしょう。 多くの3Dプリンターユーザーが、その素晴らしい品質と特性から、これを推薦します。 私も多くのプリントにこれを使用していますが、何の問題もありません。

ハニカムは、力のかかる方向には強度が劣りますが、全方向の強度が等しいので、技術的には全体として強くなるのです。

ハニカムインフィルパターンは、見た目の美しさだけでなく、強度面でも多くの用途に使用されています。 航空宇宙グレードの複合サンドイッチパネルにもハニカムパターンが使用されており、その実力は折り紙付きです。

航空宇宙産業がこのインフィルパターンを採用するのは、強度よりも製造工程の都合であることを念頭に置いてください。 資源があれば、ジャイロイドやキュービックパターンを使うこともありますが、このインフィルが一番強いのです。

素材によっては、インフィルパターンを使うことが難しい場合もあるので、できる範囲で工夫しています。

ハニカムは動きを多用するため、印刷速度が遅くなります。

お気に入りのインフィルパターンは？ from 3Dprinting

インフィルパターンが機械的性能に与える影響を見るために、ユーザーによるテストが行われ、最適なパターンは線形か斜め（線形を45°傾けたもの）であることが判明しました。

低いインフィル率で使用した場合、直線、斜め、六角形（ハニカム）パターンでもあまり差がなく、ハニカムは速度が遅いので、低いインフィル密度で使用するのは得策ではありませんね。

インフィル率が高くなると、六角形は直線と同じような強度を示し、斜めは直線より10％高い強度を示しました。

最強のインフィルパターン一覧

インフィルパターンには、2Dと3Dと呼ばれるものがあります。

一般的なプリントには2Dインフィルを使う人が多いと思いますが、中には弱いモデルに使うクイックインフィルもありますが、それでも強い2Dインフィルは存在しますよね。

また、3Dプリントの強度を高めるために、標準的な3Dインフィルも用意されています。

これらはプリントに時間がかかりますが、3Dプリントモデルの機械的強度に大きな違いがあり、機能的なプリントに最適です。

Cura、Simplify3D、Slic3r、Makerbot、Prusaなどのスライサーには、これらの強力なインフィルパターンや、いくつかのカスタムパターンのバージョンがあることを念頭に置いておくとよいでしょう。

最強のインフィルパターンは

• グリッド - 2Dインフィル
• 三角形 - 2Dインフィル
• トライヘキサゴン - 2Dインフィル
• キュービック - 3Dインフィル
• キュービック（サブディビジョン） - 3Dインフィル、キュービックより素材使用量が少ない。
• Octet - 3Dインフィル
• Quarter Cubic - 3Dインフィル
• ジャイロイド - 低い重量で強度を向上させる。

ジャイロイドとレクチリニアは、強度が高いことで知られています。 ジャイロイドは、インフィル密度が低いと印刷がうまくいかないことがあるので、試行錯誤が必要です。

キュービックサブディビジョンは、3次元の強度が高く、直線的な印刷経路が長いため、インフィル層を素早く形成することができる、強度と印刷速度に優れたタイプです。

最強のインフィル率とは

また、部品の強度を左右する重要な要素として、部品の構造をより強固にするインフィルの割合が挙げられます。

考えてみれば、一般的に部品の真ん中のプラスチックが多いほど、力がより多くの質量を突破しなければならないので、強度が高くなります。

100％インフィルが最強のインフィル率になるのは当然ですが、それだけではありません。 印刷時間や材料と部品の強度のバランスを考えなければならないのです。

3Dプリンターのユーザーが適用する平均的なインフィル密度は20%で、多くのスライサープログラムのデフォルトでもある。

見た目を重視し、負荷のかからない部品には最適なインフィル密度ですが、強度が必要な機能部品には、もっと高くてもいいと思います。

フィラメントの割合が50％など非常に高くなると、パーツの強度を高めるために大きな収穫があることを知っておくとよいでしょう。

また、75％以上にすると、質量×加速度＝正味の力という物理法則から、部品が重くなり、より壊れやすくなる可能性があります。

最速のインフィルパターンとは？

一番手っ取り早いインフィルパターンは、動画や写真で見たことがあるようなラインパターンになりますね。

おそらく最もポピュラーなインフィルパターンで、多くのスライサーソフトウェアのデフォルトになっています。 適度な強度を持ち、使用するフィラメントの量が少ないので、パターンが全くない場合を除けば、最も早くインフィルパターンを作ることができます。

3Dプリントを強くするその他の要因とは？

強度のためにインフィルパターンを探してここに来たのでしょうが、部品の強度には壁の厚さや壁の数がより大きく影響しますし、他にも多くの要素があります。 強度の高い3Dプリントのための素晴らしいリソースは、このGitHubのポストです。

実は、一部の3Dプリンターユーザーが導入している、3Dプリントパーツをより強くすることができるかなりクールな製品があります。 その名も「Smooth-On XTC-3Dハイパフォーマンスコーティング」です。

3Dプリントの仕上がりを滑らかにするために作られたものですが、外周をコーティングすることで、3Dパーツの強度を少し上げる効果もあるんですよ。

フィラメント品質

すべてのフィラメントが同じように作られているわけではないので、最高の品質を保つためには、評判の良い、信頼できるブランドからフィラメントを入手するようにしてください。 最近、「3Dプリントした部品の寿命について」という記事を書きましたが、これに関する情報が載っているので、自由にチェックしてみてください。

フィラメントブレンド/コンポジット

フィラメントも、通常のPLAではなく、PLAプラスやPLAに木材、カーボンファイバー、銅など他の素材をブレンドしたものなど、より強度の高いものが開発されているので、それを利用することができます。

私は、さまざまなフィラメント素材について詳しく説明した「究極のフィラメントガイド」を発行しています。

プリントの向き

プリントの弱点であるレイヤーラインを強化する方法です。

パーツを45度回転させるだけで、印刷の強度が2倍以上になることもあるのです。

また、余分な材料の使用や長いプリント時間を気にしないのであれば、「ベタ」のプリント密度構成でも問題ないでしょう。

異方性という言葉がありますが、これは物体の強度がZ方向よりもXY方向に大きいことを意味します。 Z軸の張力はXY軸の張力の4～5倍弱くなるケースもあります。

パーツ1と3は、インフィルのパターン方向がオブジェクトのエッジと平行だったため、PLAの接着強度が弱く、小さなパーツではほとんど強度が出なかったのです。

パーツを45度回転させるだけで、プリントパーツの強度を2倍にすることができるのです。

シェル数／パーミメーター

シェルとは、モデルの外側や外側に近い部分、つまり各レイヤーの外形や外周のことで、簡単に言えばプリントの外側にあるレイヤーの数です。

シェルは部品の強度に大きな影響を与えます。シェルを1つ追加するだけで、技術的には3Dプリント部品に15％のインフィルを追加したのと同じ強度を得ることができます。

シェルとは、印刷時に各レイヤーで最初に印刷されるパーツのことです。 このようにすると、もちろん印刷時間が長くなるので、トレードオフの関係にあることに注意してください。

シェルの厚み

プリントにシェルを追加するだけでなく、シェルの厚みを増してパーツの強度を高めることも可能です。

シェル厚を厚くすることで、サンディングや後加工でパーツを削る際に、パーツが摩耗してしまうためです。 シェル厚を厚くすることで、パーツをサンディングして、モデル本来の見た目を再現することができます。

シェル厚は通常、印刷の不完全性を避けるために、ノズル径の倍数で評価されます。

壁の数や壁の厚みも関係してきますが、技術的にはすでにシェルの一部であり、その垂直部分です。

オーバーエクストルーディング

10～20％程度の過剰な押し出しを設定すると、パーツの強度は増しますが、美観や精度は低下します。 自分が満足できる流量を見つけるには試行錯誤が必要なので、上手に利用してください。

スモールレイヤー

My3DMatterは、層の高さが低いと3Dプリントされたオブジェクトが弱くなることを発見しましたが、これは決定的なものではなく、おそらくこの主張に影響を与える多くの変数があるのでしょう。

しかし、0.4mmノズルから0.2mmノズルに変更すると、印刷時間が2倍になるため、多くの人が敬遠することになる。

本当に強い3Dプリントパーツを作るには、インフィルのパターンと割合を良くし、インフィル構造を安定させるためにソリッド層を追加し、上下の層と外装（シェル）に外周を追加する必要があります。

これらの要素を組み合わせることで、非常に丈夫で強い部品を作ることができます。

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