O enchimento é uma das principais definições quando se imprime em 3D, mas pergunto-me quanto enchimento é realmente necessário quando se faz uma impressão. Fiz alguma pesquisa para descobrir algumas boas percentagens de enchimento que explicarei neste artigo.

A quantidade de enchimento necessária dependerá do objecto que está a criar. Se estiver a criar um objecto para ter aparência e não resistência, 10-20% de enchimento deve ser suficiente. Por outro lado, se precisar de resistência, durabilidade e funcionalidade, 50-80% é uma boa quantidade de enchimento.

O resto deste artigo irá aprofundar os factores que afectam a quantidade de enchimento necessária para as suas impressões 3D e outras dicas que pode utilizar.

O que é Infill?

Quando se imprime um modelo 3D, uma coisa que não necessita de qualquer precisão ou atenção é a forma como se imprime o interior. Por esta razão, não é necessário fazer um interior completamente sólido para o modelo. É por isso que se pode utilizar uma abordagem diferente para imprimir o interior de uma forma mais eficaz e eficiente.

O enchimento é a estrutura tridimensional que é impressa no interior do modelo para manter unidas as paredes ou o perímetro do modelo. O enchimento é utilizado para dar força ao modelo impresso com a utilização de uma pequena quantidade de material. Pode ser um padrão repetitivo que pode facilitar a impressão.

Uma das principais vantagens do enchimento é o facto de o interior poder ser impresso em diferentes graus de cavidade. Este factor pode ser representado por outro termo designado por densidade de enchimento.

Se a densidade do enchimento for 0%, significa que o modelo impresso é completamente oco e 100% significa que o modelo é completamente sólido no interior. Para além de manter a estrutura, o enchimento também determina a resistência da estrutura.

A quantidade de enchimento necessária para um modelo impresso em 3D depende apenas do tipo e da funcionalidade da impressão. Iremos discutir diferentes enchimentos e os diferentes padrões utilizados para diferentes fins.

Diferentes densidades de enchimento para diferentes objectivos

Utilização como modelo ou peça decorativa

Para construir um modelo para representação ou exposição, não é necessário que o modelo seja forte para suportar muita tensão, pelo que não é necessário um enchimento demasiado forte para manter a estrutura unida.

A densidade de enchimento utilizada para este efeito pode ser de cerca de 10-20%. Desta forma, pode poupar material e cumprir o objectivo pretendido sem causar problemas.

Estes padrões mantêm a estrutura unida, fornecendo a força necessária para o efeito. Como são padrões muito simples, podem ser impressos facilmente e diminuem o tempo total de impressão.

Algumas pessoas recomendam mesmo a utilização de 5% de enchimento para impressões maiores, mas certificando-se de que utiliza o padrão de enchimento Lines. Pode adicionar mais perímetros ou aumentar a espessura da parede para dar alguma resistência ao modelo.

Veja a impressão 3D abaixo, feita por um utilizador do Reddit.

7 horas com 5% de enchimento de ender3

Modelos 3D padrão

Estes são os modelos impressos que são utilizados após a impressão, para além da exposição. Estas impressões requerem uma maior resistência em comparação com a anterior e devem ser capazes de suportar uma quantidade moderada de stress, o que significa que a densidade de enchimento deve ser aumentada para um valor de cerca de 15-50%.

Padrões como tri-hexágonos, grelha ou triângulos são os mais adequados para este fim. Estes padrões são um pouco mais complexos do que as linhas e o zig-zag, pelo que a impressão destes padrões exige mais tempo. De facto, estes padrões demoram mais 25% do que os anteriores.

A estrutura em grelha é a mais simples e a mais fraca das três. Sendo uma grelha simples, pode ser impressa rapidamente em comparação com as restantes.

A grande vantagem do padrão triangular é a sua capacidade de suportar a carga quando esta é aplicada perpendicularmente nas paredes. O padrão triangular pode ser utilizado em áreas do modelo com pequenas características rectangulares, uma vez que este padrão estabelece uma maior ligação com as paredes em comparação com a grelha nestas condições.

O tri-hexágono é o mais forte dos três e tem uma combinação de triângulos e hexágonos. A inclusão do hexágono na malha torna-a muito mais forte, o que é evidente pelo facto de os favos de mel utilizarem o mesmo polígono para a sua malha.

Outra vantagem de uma malha tri-hexagonal é o facto de sofrer menos danos estruturais em comparação com outras devido a um arrefecimento deficiente. Isto deve-se ao facto de todas as arestas deste padrão serem curtas em comparação com as restantes, o que deixa um pequeno comprimento para flexão e deformação.

Modelos 3D funcionais

Estes são os modelos impressos que são feitos para servir um objectivo. Podem ser utilizados como modelos de suporte ou peças de substituição.

Os modelos 3D funcionais estão sujeitos a elevadas forças e devem possuir uma boa capacidade de carga, o que significa que devem conter um enchimento para cumprir estes requisitos. Para este efeito, a densidade do enchimento deve ser de cerca de 50-80%.

Os melhores padrões de enchimento que demonstram estas quantidades de capacidade de carga são o octeto, o cúbico, a subdivisão cúbica, o giroide, etc. O padrão octeto é uma estrutura tetraédrica repetitiva que confere resistência uniforme às paredes na maioria das direcções.

O melhor padrão para lidar com o stress de qualquer direcção é o giroide. Tem uma estrutura tridimensional tipo onda que é simétrica em todas as direcções. Esta é a razão pela qual este padrão exibe força em todas as direcções.

A estrutura giroide apresenta uma resistência excepcional a baixa densidade. Trata-se de uma estrutura natural que se encontra nas asas das borboletas e nas membranas de algumas células.

Modelos flexíveis

O material para imprimir o enchimento deve ser considerado para obter flexibilidade. A melhor solução neste caso seria utilizar PLA para este fim.

A densidade de enchimento para este efeito pode ser de 0-100%, dependendo da flexibilidade de que necessita. Os diferentes padrões disponíveis para este efeito são concêntricos, cruzados, cruzados3D, etc.

O padrão concêntrico é um padrão de enchimento que seria um padrão semelhante a uma ondulação do contorno. Trata-se de cópias concêntricas do contorno que constituem o enchimento. Outro padrão para o efeito é a cruz. Trata-se de uma grelha 2D que deixa o espaço entre as torções e as dobras.

Os padrões concêntricos e 2D são muito flexíveis, mas se pretender algo que seja também um pouco rígido, a melhor opção será utilizar um padrão chamado 3D cruzado. Este enchimento tem uma inclinação através do eixo z, mas mantém-se igual numa camada de plano 2D.

Vantagens do enchimento

Aumenta a velocidade de impressão

Como o enchimento é um padrão tridimensional repetitivo, é fácil de imprimir. A impressora 3D imprime em camadas e cada camada é composta por 2 partes principais: o enchimento e o contorno. O contorno é o perímetro da camada que se torna o revestimento exterior ou as paredes do modelo de impressão.

Durante a impressão de uma camada, o contorno necessita de muita precisão para ser impresso, uma vez que define a forma do objecto. Entretanto, o preenchimento, sendo um padrão repetitivo, pode ser impresso sem o nível de precisão utilizado anteriormente, o que significa que pode ser impresso rapidamente num movimento de vaivém.

Baixo consumo de material

O material utilizado para imprimir um modelo é o mais elevado quando este é impresso como um sólido puro no seu interior, o que se designa por infill com 100% de densidade de infill. Podemos reduzir a utilização de material para imprimir um modelo 3D utilizando um infill adequado. Podemos escolher a densidade de infill de acordo com as nossas necessidades.

Diferentes padrões para escolher

Existem muitos padrões para escolher para o enchimento, o que nos dá opções para escolher de acordo com as nossas necessidades. Diferentes padrões têm propriedades diferentes e podemos utilizá-los em conformidade. O padrão é frequentemente seleccionado tendo em conta os seguintes factores

• A forma do modelo - Pode escolher qualquer padrão para um objecto. A melhor solução aqui seria escolher aquele que dá a máxima resistência com a menor quantidade de material para essa forma específica do modelo. Se estiver a fazer uma solução redonda ou cilíndrica, o melhor padrão para a manter unida seria escolher um padrão concêntrico como archi ou octa.
• Flexibilidade - se não está atrás de força ou rigidez, então precisa de escolher um padrão de enchimento que permita flexibilidade, como padrões concêntricos, cruzados ou cruzados 3D. Existem padrões para flexibilidade geral e padrões que são dedicados à flexibilidade numa dimensão específica.
• Resistência do modelo - os padrões desempenham um papel importante na definição da resistência de um modelo. Alguns padrões, como o giroide, o cúbico ou o octeto, são bastante fortes e podem conferir mais resistência a um modelo do que outros padrões com a mesma densidade de enchimento.
• Utilização do material - Independentemente da densidade do enchimento, alguns padrões são concebidos de forma a estarem bem compactados, ao passo que outros são pouco compactados, dando muito espaço livre.

Utilização eficiente do Infill

Ângulo de impressão do enchimento

Há vários aspectos a ter em conta na impressão de um enchimento, nomeadamente o ângulo em que o enchimento é impresso.

Se reparar, na maioria das impressões, o ângulo da impressão é sempre de 45 graus. Isto deve-se ao facto de, num ângulo de 45 graus, tanto o motor X como o motor Y trabalharem a velocidades iguais, o que aumenta a velocidade de conclusão do preenchimento.

Por vezes, pode acontecer que a alteração do ângulo do enchimento possa fortalecer algumas partes mais fracas, mas a alteração do ângulo diminuiria a velocidade. A melhor solução para evitar este problema será posicionar o modelo no alinhamento correcto com o enchimento no próprio software de corte.

Sobreposição de enchimento

É possível obter uma ligação mais forte do enchimento com a parede aumentando o valor da sobreposição do enchimento. A sobreposição do enchimento é um parâmetro que, quando aumentado, aumenta a intersecção do enchimento com a parede interior do contorno.

Gradiente e enchimento gradual

Se quiser que o seu enchimento se mantenha mais forte em direcção às paredes da impressão 3D, a melhor forma de o fazer é utilizar o enchimento gradiente. O enchimento gradiente faz com que a densidade do enchimento mude ao longo do plano XY. A densidade do enchimento torna-se mais elevada à medida que nos aproximamos do contorno do modelo.

Esta é uma das formas mais eficientes de adicionar mais força ao modelo. A única desvantagem desta abordagem é o facto de demorar mais tempo a imprimir.

Existe um tipo de impressão semelhante, designado por preenchimento gradual, em que a densidade do preenchimento muda ao longo do eixo Z.

Espessura do enchimento

Utilizar um enchimento espesso para obter mais resistência e rigidez. A impressão de um enchimento muito fino tornará a estrutura susceptível de ser danificada sob tensão.

Densidades múltiplas de enchimento

Alguns dos novos softwares de impressão 3D incluem ferramentas poderosas para alterar a densidade de preenchimento várias vezes num único modelo.

Uma das principais vantagens deste método é a utilização inteligente de material em locais que necessitam de resistência num modelo. Aqui não é necessário utilizar uma densidade de enchimento elevada em todo o modelo para manter forte apenas uma parte da impressão.