В 3D-печати иногда упускают из виду шаблоны заполнения, потому что это всего лишь одна из многих настроек для ваших отпечатков. Существует несколько шаблонов заполнения, но, просматривая список, я задался вопросом: какой шаблон заполнения является лучшим в 3D-печати?

Для 3D-печати лучше всего подходит шестиугольная форма, например, Cubic, если вам нужен хороший баланс между скоростью и прочностью. Когда вы определите функцию вашей 3D-печатной детали, лучший рисунок заполнения будет меняться. Для скорости лучшим рисунком заполнения является Lines, а для прочности - Cubic.

Существует несколько больше узоров заполнения, чем я предполагал, поэтому я расскажу подробнее об основах каждого узора заполнения, а также о том, какие узоры, по мнению людей, являются самыми сильными, самыми быстрыми и всеобщими победителями.

Какие существуют типы схем заполнения?

Если мы посмотрим на Cura, самую популярную программу для нарезки, то здесь представлены варианты шаблонов заполнения, а также некоторые наглядные примеры и полезная информация.

• Сетка
• Линии
• Треугольник
• Трехгексагональная
• Кубический
• Кубическое подразделение
• Октет
• Четверть кубика
• Концентрический
• Зигзаг
• Крест
• Cross3D
• Гироид

Что такое Grid Infill?

Этот узор для заполнения имеет перекрестный рисунок, который создает два перпендикулярных набора линий, образующих квадраты в середине.

• Большая прочность в вертикальном направлении
• Хорошая сила в направлении по сформированным линиям
• Слабее в диагональном направлении
• Создает достаточно хорошую, гладкую верхнюю поверхность

Что такое линии/прямолинейная заливка?

Узор "Линии" создает несколько параллельных линий через объект с чередованием направлений в каждом слое. То есть, в основном, в одном слое линии идут в одну сторону, а в следующем слое - в другую. Это очень похоже на узор "Сетка", но есть и разница.

• Обычно слабый в вертикальном направлении
• Очень слабый в горизонтальном направлении, за исключением направления линий
• Это лучший рисунок для получения гладкой верхней поверхности

Ниже показан пример различий между шаблонами "Линии" и "Сетка", где направления заливки по умолчанию составляют 45° & -45°.

Линии (прямолинейные) заполнения:

Слой 1: 45° - диагональное правое направление

Слой 2: -45° - диагональное направление влево

Слой 3: 45° - диагональное правое направление

Слой 4: -45° - диагональное направление влево

Сетчатое заполнение:

Слой 1: 45° и -45°

Слой 2: 45° и -45°

Слой 3: 45° и -45°

Слой 4: 45° и -45°

Что такое Triangle Infill?

Это довольно простое объяснение; узор заливки, в котором три набора линий создаются в разных направлениях, образуя треугольники.

• Имеет равное количество силы в каждом горизонтальном направлении
• Большое сопротивление сдвигу
• Проблемы с прерыванием потока, поэтому высокая плотность наполнителя имеет низкую относительную прочность

Что такое трехгексагональный инфилл?

Этот узор состоит из треугольников и шестиугольников, перемежающихся по всему объекту. Для этого создаются три набора линий в трех разных направлениях, но таким образом, чтобы они не пересекались в одном и том же месте друг с другом.

• Очень сильная в горизонтальном направлении
• Одинаковая прочность в каждом горизонтальном направлении
• Большая устойчивость к сдвигу
• Требуется много верхних слоев кожи, чтобы получить ровную верхнюю поверхность

Что такое кубический инфилл?

В шаблоне Cubic создаются кубы, которые накладываются друг на друга, создавая трехмерный узор. Эти кубы ориентированы так, чтобы стоять на углах, поэтому их можно печатать, не нависая над внутренними поверхностями.

• Одинаковая прочность во всех направлениях, в том числе по вертикали
• Довольно хорошая общая прочность во всех направлениях
• Подушки при такой выкройке уменьшаются, так как не создаются длинные вертикальные карманы

Что такое Cubic Subdivision Infill?

Схема Cubic Subdivision также создает кубы и трехмерный узор, но при этом к середине объекта создаются большие кубы. Это делается для того, чтобы наиболее важные для прочности области имели хорошее заполнение, при этом экономя материал там, где заполнение наименее эффективно.

Плотность заполнения должна быть увеличена с помощью этой схемы, потому что она может быть очень низкой в средних зонах. Она работает путем создания серии из 8 разделенных кубиков, затем кубики, которые ударяются о стены, делятся до тех пор, пока не будет достигнуто расстояние до линии заполнения.

• Лучший и самый прочный рисунок с точки зрения веса и времени печати (соотношение прочности и веса)
• Одинаковая прочность во всех направлениях, в том числе по вертикали
• Также уменьшает эффект подушки
• Увеличение плотности заполнения означает, что заполнение не должно просвечивать сквозь стены
• Имеет много втягиваний, не подходит для гибких или менее вязких материалов (текучих)
• Время нарезки относительно больше

Что такое Octet Infill?

Узор заполнения Octet - это еще один трехмерный узор, создающий смесь кубов и правильных тетраэдров (треугольная пирамида). Этот узор создает несколько линий заполнения, расположенных рядом друг с другом, время от времени.

• Имеет сильный внутренний каркас, особенно в местах прилегания линий
• Модели средней толщины (около 1 см/0,39″) обладают хорошей прочностью
• Также уменьшается эффект подушки, так как не создаются длинные вертикальные воздушные карманы
• Производит поверхности плохого качества

Что такое Quarter Cubic Infill?

Quarter Cubic немного сложнее в объяснении, но он очень похож на Octet Infill. Это трехмерный узор или тессалация (тесное расположение фигур), состоящий из тетраэдров и укороченных тетраэдров. Как и Octet, он также часто размещает несколько линий заполнения рядом друг с другом.

• Тяжелые нагрузки рассеивают вес на внутреннюю структуру
• Рама ориентирована в двух разных направлениях, что делает их индивидуально слабыми.
• Большая относительная прочность для моделей с малой толщиной (несколько мм)
• Уменьшение эффекта подушки для верхних слоев, поскольку не образуются длинные вертикальные воздушные карманы
• Расстояние между мостиками для этой детали большое, поэтому это может негативно сказаться на качестве поверхности верха

Что такое концентрическая заливка?

Узор Concentric infill просто создает серию внутренних границ, параллельных периметру вашего объекта.

• При плотности заполнения 100% это самый сильный рисунок, так как линии не пересекаются.
• Отлично подходит для гибких отпечатков, поскольку он слабый и равномерный во всех горизонтальных направлениях
• Имеет большую прочность в вертикальном направлении по сравнению с горизонтальным
• Самая слабая схема заполнения, если не использовать 100% плотность заполнения, так как горизонтальная прочность отсутствует
• 100% плотность заполнения лучше работает с некруглыми формами

Что такое зигзагообразный инфилл?

Узор "Зигзаг" просто создает тот самый узор, как он назван. Он очень похож на узор "Линии", но разница в том, что линии соединяются в одну длинную линию, в результате чего поток меньше прерывается. В основном используется в несущих конструкциях.

• При использовании 100% плотности заполнения этот узор является вторым по силе.
• Лучше для круглых форм по сравнению с концентрическим рисунком при 100% заполнении
• Один из лучших шаблонов для гладкой поверхности, так как расстояние между линиями очень мало
• Имеет слабую прочность в вертикальном направлении, так как слои имеют недостаточное количество точек сцепления
• Очень слабый в горизонтальном направлении, кроме направления, в котором ориентированы линии
• Плохо сопротивляется сдвигу, поэтому быстро разрушается под нагрузкой

Что такое кросс-инфилл?

Узор Cross infill - это нестандартный узор, который создает кривые с промежутками между ними, повторяя форму креста внутри объекта.

• Отличный шаблон для гибких объектов, так как на него оказывается равномерное слабое давление во всех направлениях
• Длинные прямые линии не образуются в горизонтальном направлении, поэтому он не силен ни в одном месте
• Не имеет ретрактов, поэтому с ним легче печатать гибкие материалы
• Сильнее в вертикальном направлении, чем в горизонтальном

Что такое Cross 3D Infill?

3D-шаблон Cross создает эти кривые с промежутками между ними, повторяя форму креста внутри объекта, но также пульсирует по оси Z, делая его слабее в вертикальном направлении.

• Создает равномерное "сминание" в горизонтальном и вертикальном направлениях, лучший рисунок для гибких материалов
• Не имеет длинных прямых линий, поэтому слаб во всех направлениях
• Также не производит никаких опровержений
• Это занимает относительно много времени для нарезки

Что такое гироидный инфилл?

Гироидный узор создает серию волн в чередующихся направлениях.

• Одинаково прочный во всех направлениях, но не самый прочный рисунок заполнения
• Отлично подходит для гибких материалов, но позволяет получить менее плоский объект, чем Cross 3D
• Хорошая устойчивость к срезанию
• Создает единый объем, который позволяет жидкостям течь, отлично подходит для растворимых материалов
• Имеет длительное время нарезки и создает большие файлы G-Code
• Некоторые принтеры могут с трудом справляться с количеством команд G-Code в секунду, особенно при последовательном соединении.

Какова наилучшая схема заполнения для прочности (Cura)?

Многие спорят о том, какой рисунок наполнителя является лучшим по прочности. Эти рисунки наполнителя отличаются высокой прочностью в нескольких направлениях, обычно их относят к категории трехмерных рисунков.

Лучшие кандидаты, которых обычно выставляют люди:

• Кубический
• Гироид

К счастью, это довольно короткий список, так что вам не придется перебирать их слишком много, чтобы найти идеальный вариант. Я рассмотрю каждый шаблон наполнителя по прочности, чтобы помочь вам решить, какой выбрать. Честно говоря, из того, что я исследовал, разница в прочности между ними не слишком велика, но у одного есть преимущество.

Кубический

Cubic - отличный вариант, поскольку его прочность равномерна со всех сторон. Cura известна как сильный узор для заполнения и имеет множество вариаций, показывающих, насколько он полезен в качестве узора для заполнения.

Cubic пользуется большим уважением и популярностью среди пользователей 3D-принтеров.

В зависимости от модели может наблюдаться искривление углов свеса, но в целом печать получается очень гладкой.

Гироид

Превосходство гироида заключается в его равномерной прочности во всех направлениях, а также в быстром времени 3D-печати. Испытание на прочность "на раздавливание", проведенное CNC Kitchen, показало, что при плотности наполнителя 10% в перпендикулярном и поперечном направлениях нагрузка на разрушение гироидного наполнителя составила ровно 264 кг.

Время печати увеличилось примерно на 25% по сравнению с шаблоном Lines. Cubic и Gyroid имеют очень похожее время печати.

Он использует больше материала, чем Cubic, но он более подвержен проблемам печати, например, слои не укладываются.

Высокая прочность на сдвиг, устойчивость к изгибу и малый вес этого наполнителя делают его идеальным выбором по сравнению с большинством других наполнителей. Он не только обладает высокой прочностью, но и отлично подходит для гибких принтов.

Специальные испытания на прочность, проведенные компанией Cartesian Creations, показали, что самым прочным рисунком наполнителя является Gyroid, по сравнению с 3D Honeycomb (рисунок Simplify3D похож на Cubic) и Rectilinear.

Он показал, что схема Gyroid отлично поглощает нагрузки при 2 стенках, 10% плотности заполнения и 6 нижних и верхних слоях. Он обнаружил, что она прочнее, использует меньше материала и печатается быстрее.

Выбор за вами, но лично я бы выбрал шаблон Cubic, если мне нужна максимальная несущая способность. Если вам нужна прочность, а также гибкость и быстрая печать, то лучше выбрать шаблон Gyroid.

Существуют и другие факторы, кроме схемы заполнения для максимальной прочности. CNC Kitchen обнаружила, что основным фактором является количество стен и толщина стен, но это все еще имеет значительное влияние.

Он выяснил это, испытав несколько различных наполнителей, плотностей и толщин стенок, и выяснил, насколько существенна толщина стенок.

Эта гипотеза также имеет больше доказательств в статье о влиянии рисунка наполнителя на прочность при растяжении, написанной в 2016 г. В ней объясняется, что разница в прочности при растяжении при различных рисунках наполнителя составляет максимум 5%, что означает, что сам по себе рисунок не имеет большого значения.

Хотя прочность на разрыв - это не единственная прочность, к которой стремятся, это не значит, что структура наполнителя не может быть более чем на 5% функциональнее.

Какой самый быстрый узор Infill для скорости?

Если мы рассматриваем наилучший рисунок набивки для скорости, то очевидными факторами здесь являются то, какие рисунки имеют наибольшее количество прямых линий, меньшее движение и наименьшее количество материала, используемого для печати.

Это довольно легко определить, если подумать о том, какой выбор шаблонов у нас есть.

Наилучшим шаблоном заливки с точки зрения скорости является шаблон "Линии" или "Прямолинейный", который является шаблоном заливки по умолчанию в Cura. Узоры с наибольшим количеством изменений направления обычно требуют больше времени для печати, поэтому прямые линии печатаются быстрее всего с большой скоростью.

Когда мы рассматриваем важный фактор скорости и использования наименьшего количества материала, мы смотрим на параметр наилучшего соотношения прочности и веса. Это означает, что с точки зрения прочности и веса, какой рисунок наполнителя имеет наилучшее количество прочности по отношению к количеству используемого наполнителя.

Мы не хотели бы просто использовать наименьшее количество материала и получить предмет, который легко разваливается.

По этому параметру были проведены испытания, в ходе которых компания CNC Kitchen установила, что обычный прямолинейный или линейный рисунок имеет одно из лучших соотношений прочности и веса и использует наименьшее количество материала. Кубический рисунок - еще один претендент на наименьшее использование материала. Он создает высокую плотность заполнения вокруг стенок и более низкую в середине.

Это идеальный шаблон, который можно использовать по умолчанию для печати, кроме тех случаев, когда у вас есть конкретная цель - функциональность и прочность. Шаблон Lines или Cubic Subdivision не только печатает очень быстро, он использует малое количество наполнителя и обладает хорошей прочностью.

Какой шаблон наполнителя лучше всего подходит для гибкой 3D-печати?

Лучшими рисунками для ТПУ и гибких материалов являются:

• Концентрический
• Крест
• Крест 3D
• Гироид

В зависимости от вашей модели будет найден идеальный шаблон для гибких 3D-отпечатков.

Как уже упоминалось ранее, концентрический рисунок лучше всего работает при плотности заполнения 100%, но в основном для некруглых объектов. Он имеет довольно хорошую вертикальную прочность, но слабую горизонтальную прочность, что придает ему гибкие характеристики.

Узоры Cross и Cross 3D имеют равномерное давление со всех сторон, но узор Cross 3D также добавляет элемент вертикального направления, но для его нарезки требуется больше времени.

Gyroid отлично подходит для использования заливок меньшей плотности и полезен по нескольким причинам. Он имеет быстрое время печати, высокую устойчивость к сдвигу, но в целом менее гибкий по сравнению с другими гибкими шаблонами.

Если вы ищете лучший рисунок наполнителя для компрессии, то Gyroid - один из лучших вариантов.

Насколько важна плотность или процентное содержание наполнителя?

Плотность заполнения влияет на ряд важных параметров вашей 3D-печатной детали. Если навести курсор на параметр "Плотность заполнения" в Cura, можно увидеть, что он влияет на верхние слои, нижние слои, расстояние между линиями заполнения, узоры заполнения и перекрытие заполнения.

Плотность/процентное содержание наполнителя оказывает довольно значительное влияние на прочность детали и время печати.

Чем выше процент заполнения, тем прочнее будет ваша деталь, но при плотности заполнения более 50% они становятся гораздо менее значимыми с точки зрения придания дополнительной прочности.

Разница между плотностью заполнения, которую вы устанавливаете в Cura, имеет большое значение с точки зрения того, что она изменяет в структуре детали.

Ниже приведен наглядный пример плотности застройки 20% против 10%.

Большая плотность заполнения означает, что линии заполнения будут расположены ближе друг к другу, что означает большее количество структур, работающих вместе для придания детали прочности.

Можно представить себе, что попытка разорвать на куски кусок с низкой плотностью будет гораздо легче, чем кусок с высокой плотностью.

Важно знать, что плотность заполнения сильно варьируется в зависимости от того, как она влияет на деталь из-за различий в рисунке заполнения.

В принципе, изменение 10% наполнения на 20% для узора Lines не будет таким же, как и для узора Gyroid.

Большинство рисунков наполнителя имеют одинаковый вес при одинаковой плотности наполнителя, но рисунок "Треугольник" показал увеличение общего веса почти на 40%.

Вот почему люди, использующие схему заполнения Gyroid, не требуют таких высоких процентов заполнения, но при этом получают достойный уровень прочности детали.

Низкая плотность заполнения может привести к таким проблемам, как нестыковка стен с заполнением и образование воздушных карманов, особенно в схемах с большим количеством пересечений.

Вы можете получить недоэкструзию, когда одна линия налива пересекает другую линию из-за прерывания потока.

Cura объясняет, что увеличение плотности заполнения имеет следующие эффекты:

• Делает ваши отпечатки более сильными в целом
• Придает верхним поверхностным слоям лучшую поддержку, делая их более гладкими и воздухонепроницаемыми
• Уменьшает количество проблем, связанных с устранением неисправностей, таких как образование подушек
• Требует больше материала, что делает его тяжелее обычного
• Печать занимает гораздо больше времени в зависимости от размера вашего объекта

Таким образом, плотность заполнения определенно имеет значение, когда мы смотрим на прочность, расход материала и время печати. Обычно существует хороший баланс между процентами заполнения, которые составляют от 10 до 30 % в зависимости от того, для чего вы собираетесь использовать деталь.

Эстетические детали или детали, предназначенные для внешнего вида, требуют гораздо меньшей плотности наполнителя, поскольку они не требуют прочности. Функциональные детали требуют большей плотности наполнителя (до 70%), чтобы они могли выдерживать нагрузки в течение длительного периода времени.

Лучший шаблон наполнителя для прозрачного материала

Многим нравится использовать гироидный наполнитель для прозрачного материала, потому что он дает классный рисунок. Кубический или сотовый наполнитель также отлично смотрится для прозрачных 3D-печатей. Лучший наполнитель для прозрачных отпечатков обычно составляет 0% или 100%, чтобы модель была более четкой.

Вот пример рисунка заполнения Gyroid в прозрачной PLA 3D-печати. Один из пользователей сказал, что они также используют Gyroid с плотностью заполнения 15%.

Прозрачные пластины с вкраплениями создают крутой узор из 3D-печати

Ознакомьтесь с видео ниже, чтобы получить наглядное представление о прозрачных нитях для 3D-печати.