3D-печать fdm/fff: заполнения, прочность

Цена 3d зависит как правило от количества материала затрачиваемого на 3д модель. Это один из важных факторов.

3 параметра являются основным:

• заполнение
• количество стенок
• сложность (количество поддержек

Сегодня говорим о заполнении в 3d печати по технологии fdm/fff (когда печатает сопло) т.к. этот параметр прям влияет на цену.

Чем больше деталь тем влияние заполнения становится существенным т.к. увеличивает расход пластика.

Важно что в sla (печать смолой) заполнение по прежнему 100% т.е. не вся 3d печать имеет возможность менять заполнение внутри детали.

Плотность заполнения (процент заполнения) и структура заполнения (форма решетки) определяют вес, прочность и время печати детали. В этом руководстве мы раз и навсегда разрешим бесконечные споры: какой рисунок заполнения самый прочный? Какой рисунок самый быстрый и какой расходует меньше всего филамента?

Что такое заполнение в 3d печати?

Прежде всего, что такое заполнение? Заполнение — это внутренние геометрические формы, создаваемые программным обеспечением слайсера вашего 3D-принтера для соединения внешних стенок и поддерживающих слоев. В FFF-печати эти формы экструдируются слой за слоем, образуя структуры, подобные сеткам или волнам, внутри модели. К распространённым узорам относятся: сетка (прямоугольная), кубическая (или кубическое деление), гироидная, сотовая, прямоугольная (линейная), зигзагообразная, треугольная (трёхмерная сотовая), концентрическая, крестообразная и молния.

В чём преимущества использования узоров заполнения?

Рисунки заполнения повышают эффективность печати, обеспечивая целенаправленную поддержку. Они улучшают прочность без образования полностью сплошных деталей, экономя филамент и время. Правильный выбор рисунка заполнения и плотности дает ряд преимуществ:

Прочность и поддержка: Заполнение обеспечивает структурную поддержку верхнего и перекрывающего слоев, предотвращая провисание. Сложные узоры (кубические, гироидальные, треугольные) добавляют жесткости и равномерно распределяют нагрузку, повышая прочность. Например, гироидальные и кубические заполнения являются одними из самых прочных для несущих деталей.

Экономия материала и веса: Разреженное заполнение (низкая плотность) значительно сокращает расход филамента и вес детали. Рисунок, например, сотовый или сетчатый, использует минимальное количество материала, обеспечивая при этом хорошую поддержку. Рисунок, подобный «молниеобразному» заполнению, концентрирует материал только там, где это необходимо (ближе к верху), и значительно экономит пластик.

Скорость печати: Более простые заполнения с непрерывными линиями (линии, зигзаг, молния) печатаются быстрее, поскольку сопло движется по длинным прямым траекториям с меньшим количеством остановок. Более быстрая печать экономит время и полезна для прототипов или некритичных деталей.

Эстетика и гибкость: Некоторые узоры, такие как концентрические или гироидальные, создают приятные внутренние структуры, видимые в прозрачных деталях. Концентрическое заполнение даже повышает гибкость, поскольку его кольца могут слегка деформироваться.

Оптимизированные свойства: Варьируя рисунок и плотность, можно создавать детали с определенными характеристиками. Например, рисунок можно выравнивать по направлениям приложения нагрузки или изменять по высоте, обеспечивая индивидуальную прочность без сплошного заполнения.

Как работает плотность заполнения

Как уже упоминалось выше, плотность заполнения — ещё один фактор, определяющий качество 3D-печати. ​​Это процент внутреннего объёма, заполненного материалом. Она варьируется от 0% (пустота, применяется для ваз и тонкостенные объектов) до 100% (сплошное заполнение). С увеличением плотности расстояние между линиями заполнения уменьшается, поэтому деталь становится прочнее, но расходует больше филамента и требует больше времени для печати. ​​Типичные рекомендации:

• Плотность 0–14% : Очень легкие/декоративные детали (фигурки, модели). Минимальная структура, быстрая и дешевая печать. (мы в центре 3д печати и 3д сканирования Фидллер используем по умолчанию 15% заполнения)
• 15–49% : Умеренная прочность для прототипов и деталей общего назначения. Обеспечивает баланс между долговечностью и расходом материала.

50–100%: Очень прочные или несущие детали. При высокой плотности заполнение практически сплошное, что максимизирует прочность (но также увеличивает риск деформации и расхода большого количества филамента). Помимо прочности, плотность также влияет на качество верхнего слоя. Слишком низкое заполнение с широкими зазорами может не обеспечить достаточную поддержку верхних слоев, вызывая провисание или образование отверстий. И наоборот, чрезвычайно высокая плотность (более ~80%) может создавать напряжение (особенно в материалах, склонных к усадке, таких как ABS), что приводит к деформации или дефектам поверхности. На практике во многих функциональных изделиях используется заполнение 15–40% для достижения хорошего баланса прочности и веса.

Как выбрать оптимальный вариант заполнения пустот?

Что касается оптимального рисунка заполнения, то здесь все зависит от назначения и ограничений вашей детали.

Основные моменты, которые следует учитывать при выборе схемы заполнения.

• Требования к прочности : Для многонаправленных нагрузок выбирайте трехмерные схемы, такие как кубическая или гироидная (изотропная прочность). Для одноосевых нагрузок хорошо подходят сетки или линии.
• Экономия филамента и веса : выбирайте легкие узоры, такие как линии, зигзаги или соты, чтобы минимизировать расход материала.
• Скорость печати : Линии, зигзаги или молнии печатаются быстрее всего благодаря непрерывным траекториям и меньшему количеству изменений направления.
• Поверхность и гибкость : сетчатая или концентрическая структура обеспечивают равномерную обработку поверхности; концентрическая структура добавляет гибкости для деталей, которые можно сгибать.
• Интеллектуальная плотность : используйте переменное/адаптивное заполнение — более высокая плотность только в зонах повышенного напряжения (например, крепления, отверстия) для оптимальной эффективности.

Популярные варианты заполнения и их применение.

Выбор заполнения, в зависимости от слайсере может находится в разных местах. Так в OrcaSlicer и Bambustudio это находится во вкладке «Прочность».

Сетка (перекрестное заполнение): Двумерный узор в виде перекрещивающихся линий. Легко печатается и обеспечивает умеренную прочность. Сетчатое заполнение «пересекается и перекрывается в пределах одного слоя», обеспечивая более высокую прочность для поддержки верхних слоев. Это хороший универсальный выбор для деталей, требующих умеренной поддержки и гладких поверхностей.

Кубическая ( трехмерная сетка ): трехмерная решетка из наклонных кубов. Кубическое заполнение обеспечивает 

изотропную прочность – одинаковую жесткость во всех направлениях. Оно равномерно распределяет напряжение, что делает его отличным материалом для конструкционных элементов. Кубическая печать требует больше филамента и выполняется медленнее, чем сетка, но обеспечивает высокую жесткость функциональных деталей.

Гироид: сложная волнистая решетка без прямых линий. Заполнение гироидом также обеспечивает равномерную прочность во всех направлениях. Оно сочетает в себе прочность и гибкость, хорошо адаптируясь даже к гибким филаментам. Тесты показывают, что печать гироидом происходит примерно так же быстро, как и печать кубической структуры, и намного быстрее, чем сотовой. Он отлично подходит для прочных и легких деталей.

Сотовая структура (шестиугольная): Двумерная шестиугольная ячеистая структура (также называемая двумерными сотами). Она обеспечивает прочность во всех направлениях и очень экономична в плане расхода материала. Сотовая структура сочетает в себе прочность и малый вес, что делает ее идеальной для несущих деталей, где вес имеет значение (например, дроны, детали радиоуправляемых моделей). Однако она требует больше времени на печать, чем простые структуры, поскольку, согласно тестам, гироидная и кубическая структуры печатаются быстрее.

Линии (прямолинейные) и зигзаги: прямые линии, чередующиеся по направлению на каждом слое. Это самые быстрые виды заполнения. Они расходуют очень мало филамента и печатаются чрезвычайно быстро, но обладают низкой прочностью, поскольку плохо сцепляются друг с другом. Используйте линии или зигзаги для некритичных деталей, прототипов или там, где скорость важнее прочности.

Треугольное (двумерное трехугольное шестиугольное) заполнение: узор из треугольников (или двумерная сотовая структура). Треугольное заполнение обеспечивает прочную поддержку вдоль осей этих треугольников, демонстрируя хорошую прочность на растяжение. Оно прочнее простых линий, но печатается медленнее и расходует больше материала. Не так часто используется в базовых слайсерах, но может применяться для повышения прочности.

Концентрическое заполнение: кольца заполнения, выровненные по контуру детали. Концентрическое заполнение обладает низкой горизонтальной жесткостью , но очень гибкое, поэтому используется для гнущихся деталей или носимых устройств. Оно быстро печатается с низким расходом материала и обеспечивает гладкий, волнистый вид.

Cross & Cross 3D : X-образные узоры (2D или 3D варианты), допускающие изгибание. Заполнение в виде креста гибкое и хорошо подходит для чехлов, ручек или деталей, подверженных ударам. Они не такие прочные, как кубические/гироидные, но обеспечивают амортизацию.

Молния: Особый узор, при котором заполнение выглядит как разветвленные болты только в верхней части. Он встречается в основном в некоторых слайсерах. Заполнение типа «молния» поддерживает только верхние слои , минимизируя заполнение всех остальных. Это делает его чрезвычайно быстрым и экономичным с точки зрения расхода филамента — идеально подходит для нефункциональных моделей или нависающих элементов — но обеспечивает очень низкую внутреннюю прочность.

Как эффективно использовать заполнение пространства?

Редкое заполнение (низкая плотность): используйте плотность 10–20% для неконструктивных деталей, таких как выставочные модели или прототипы. Это экономит филамент и время, но обеспечивает достаточную поддержку верхних слоев, чтобы предотвратить их разрушение.

Селективное заполнение (переменные области) : Применяйте более высокую плотность только к критически важным областям (например, отверстиям, креплениям) с помощью модификаторов.

Послойное заполнение (градиент) : плотность варьируется по высоте — более плотная у основания для устойчивости, более разреженная выше. Варианты с градиентом обеспечивают плавный переход для более легких верхних слоев.

Адаптивные шаблоны : Позвольте программам нарезки, таким как Creality Print, автоматически регулировать заполнение для нависающих элементов или сложных областей, оптимизируя прочность и эффективность.

Как тип материала влияет на характеристики заполнения

Наилучшие результаты достигаются при использовании схемы, соответствующей поведению нити.

Таблица сравнения прочности, скорости и эффективности нити.

Часто задаваемые вопросы

Какой рисунок заполнения наиболее эффективен?

Объемные наполнители, такие как Gyroid и Cubic, являются одними из самых прочных, обеспечивая равномерную прочность во всех направлениях.

Какой тип заполнения использует наименьшее количество филамента?

Молния или опорная кубическая структура, эффективная при низкой плотности (5-10%). Для обеспечения прочности на нить используется гироидная или сотовая структура.

Какой рисунок заполнения выполняется быстрее всего?

Линии (прямоугольные) или молния, сокращающие время до 50% при минимальном количестве перемещений.

Заключение

Настройки заполнения позволяют точно настроить параметры 3D-печати. ​​Выбрав правильный рисунок и плотность, вы можете получить прочные, легкие или быстро печатаемые изделия в зависимости от ваших потребностей. 

Важно помнить что на прочность также влияет и количество стенок т.к. заполнение работает всегда в связке.

По вопросам 3d печати, 3d сканированию, обучению в Краснодаре писать сюда:

телеграм — https://t.me/fidller

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd