3D印刷でのインフィル：それが何であり、なぜそれが重要なのか

3D プリントされたオブジェクトの内部構造 (インフィルと呼ばれる) は、プリントの成功に重要な役割を果たします。外殻間のこのパターンは、オブジェクトの強度、重量、材料の使用に影響します。適切なインフィル設定により、壊れやすいモデルと耐久性のある機能的なパーツの違いが生じ、プリント時間と材料の消費量のバランスをとることができます。

3D プリントにおけるインフィルとは何ですか?

インフィルは 内部構造 3D プリントされたオブジェクトの外殻内部の空間を埋める部分です。プリントを内側から支える骨格と考えてください。3D モデルをスライスしてプリントすると、ソフトウェアは設定に従ってこの内部フレームワークを作成し、オブジェクトを完全に固体にすることなく構造的なサポートを提供するパターンを生成します。

充填は通常、印刷物の内壁を接続する幾何学模様の繰り返しで構成されます。これらのパターンでは、選択した密度設定に応じてさまざまな量の材料が使用されます。

インフィルがプリントに与える影響

インフィルは、完成した印刷物のいくつかの重要な側面に直接影響します。

• 強さ: 充填密度の向上 より多くの内部接続を作成するその結果、より大きなストレスや圧力に耐えられる強力なプリントが実現します。
• 重さ: 充填量によって、最終的なオブジェクトの重さが決まります。密度が低いほど、印刷物は軽くなります。
• 材料の使用: 充填量を増やすと、より多くのフィラメントが必要になります。充填密度を下げることは、材料を節約し、印刷コストを削減する最も効果的な方法の 1 つです。
• 印刷時間: 高密度の充填パターンは、余分な材料をすべて塗布するためにノズルがより長い距離を移動する必要があるため、印刷に時間がかかります。

ソリッド vs. 中空 vs. インフィル

インフィルを使用すると、完全にソリッドなプリントと中空のプリントの両方に比べて大きな利点が得られます。

印刷タイプ	利点	デメリット
固体	材料を最大限に活用 非常に強い 非常に高い強度を必要とする用途に適しています	印刷に最も時間がかかる 重要な材料を無駄にする ほとんどの用途には強すぎる 内部応力が発生して反りが生じる可能性がある
ホロー	最小限の材料を使用する すぐに印刷	非常に弱く、倒れやすい 最上位層を効果的にサポートできない プレッシャーの下では簡単に失敗する
インフィル	材料の使用と強度のバランスをとる プロジェクトのニーズに応じてカスタマイズ可能 材料を無駄にすることなく上層部をサポート 内部応力をより均等に分散 さまざまなアプリケーションに合わせて最適化可能	特定のニーズに基づいてパラメータを調整するために追加のセットアップ時間が必要

適切に選択された充填設定により、材料の使用や印刷時間を過剰にすることなく、必要な場所に強度を確保できるという両方のメリットが得られます。

3Dプリント充填構造の種類

一般的な充填パターン

の 選択したパターン インフィルは印刷のパフォーマンスに大きく影響します。最新のスライス ソフトウェアには、それぞれ異なる特性を持つ複数のパターン オプションが用意されています。

グリッド： このシンプルなパターンは、正方形を形成する垂直線を作成します。グリッド パターンは、印刷が速く、2 つの方向 (X 軸と Y 軸) でバランスのとれた強度を提供します。多くの基本的な印刷に適した、汎用性の高いオプションです。

直線的: グリッドに似ていますが、層間で方向が交互に変わる平行線があります。このパターンは、最小限の材料で優れた強度を提供し、すばやく印刷します。最大強度よりも印刷速度が重要なドラフトやプロトタイプに最適です。

三角： プリントの内部全体に三角形を形成します。このパターンは、グリッド パターンよりも均等に力を分散し、複数の方向からの曲げに耐えるため、一貫した強度が必要な機能部品に適しています。

ハニカム: 蜂の巣に似た六角形のセルを作成します。このパターンは、優れた強度対重量比と優れた圧縮耐性を提供します。単純なパターンよりも多くの材料を使用し、印刷に時間がかかりますが、ハニカム インフィルは重量を支える必要がある部品に最適です。

ジャイロイド: 有機的な波のような連続構造。ジャイロイド パターンは、あらゆる方向に均一な強度 (等方性) を提供し、空気と液体が印刷物内を流れることを可能にします。これは、柔軟な材料や、独自の機械的特性を必要とする用途に特に役立ちます。

パターンパフォーマンス特性

強度分布

異なるパターンが強度を分散する さまざまな方法で:

• グリッドと直線: X軸とY軸に沿って最も強く、Z軸に沿って弱くなります
• 三角: 水平方向の強度バランスが向上
• ハニカム: 優れた圧縮強度と良好な荷重分散
• ジャイロイド: Z軸を含む全方向で最も均一な強度

柔軟性と材料の考慮

充填パターンは、圧力下での印刷物の曲がり具合に影響します。

• ジャイロイド: 最も一貫した柔軟性を提供し、TPUやその他の柔軟なフィラメントと非常によく機能します。
• ハニカム: 圧力下でのコントロールされたフレックスと優れた回復力を実現
• グリッド/直線: 柔軟性の少ない、より堅固な構造を作り出す
• 三角: 曲げに対するバランスのとれた抵抗力を備えた剛性を提供します

印刷速度と効率

パターンの選択は印刷時間に大きな影響を与えます。

• 直線的: 通常は印刷が最も速い
• グリッド: 迅速かつ効率的
• 三角: 中程度の印刷時間
• ハニカム: 方向転換が頻繁に行われるため、速度が遅くなります
• ジャイロイド: 複雑な形状のため、最も遅いパターンとなることが多い

時間的制約のあるプロジェクトの場合、直線やグリッドなどの単純なパターンを使用すると、印刷時間が短縮されます。強度が優先される場合は、ハニカム パターンやジャイロイド パターンに必要な追加の時間は通常、価値があります。

3Dプリントにおける充填密度

インフィルパーセンテージの意味

充填密度は、3D プリント内で材料が充填される内部空間の割合です。範囲は 0% (完全に中空) から 100% (完全に固体) です。

低密度（10～20%）

低密度の充填により、軽量で生産が速いプリントが作成されます。内部構造はまばらですが、印刷物の最上層を十分にサポートします。この密度範囲は、装飾モデル、プロトタイプ、および強度が主な懸念事項ではないその他の非機能アイテムに最適です。材料の使用量が最小限であるため、特に大きなオブジェクトの場合、低密度印刷は経済的です。

中密度（25～40%）

中密度充填材は、強度と材料効率のバランスが取れています。この範囲では、汎用品に適度な耐久性を提供しながら、印刷時間と材料コストを適度に抑えます。家庭用品、容器、軽量機能部品は、通常、中密度充填材で良好なパフォーマンスを発揮します。日常的な 3D 印刷プロジェクトのほとんどはこのカテゴリに分類され、過剰な材料使用なしで良好な結果が得られます。

高密度（50～100%）

高密度充填により、大きなストレスに耐えられる、強くて堅牢な部品が作られます。100% に近づくと、印刷物はほぼ固体になり、強度が最大限になります。この範囲は、重量に耐えたり、圧力による破損に耐えたりする必要がある機械部品、ツール、アイテムに必要です。トレードオフとして、材料の消費量が大幅に増加し、印刷時間が長くなります。強度が機能に不可欠な部品には、高密度設定を使用してください。

密度が印刷物に与える影響

材料消費量を決定する

充填率が高いほど、使用されるフィラメントが多くなります。20% の充填率では、ソリッド プリントに必要な材料の 3 分の 1 しか使用しないため、材料と費用の両方を節約できます。大きなプリントの場合、充填率を少し減らすだけでも、大幅な節約につながります。

印刷時間を制御します

充填密度は、印刷が完了するまでの時間に直接影響します。低密度印刷 (10～20%) は、高密度印刷 (50% 以上) よりもはるかに早く完了します。これは、充填設定を高くすると、プリンターがより多くのパスをトレースし、より多くの材料を配置する必要があるためです。

構造強度を定義する

充填密度が高くなると、印刷物の強度が増します。充填率が 50% 以上のパーツは、かなりのストレスと重量に耐えることができます。ただし、強度は直線的に増加するわけではありません。充填率が 80% と 100% の場合、使用する材料の量が多くなるにもかかわらず、違いはほとんどないことがよくあります。

インフィルの選択に影響を与える要因

前のセクションでは、利用可能な充填パターンと密度について説明しましたが、このセクションでは、特定の状況に応じて適切な選択を行う方法に焦点を当てます。

3Dプリントの目的

印刷物の機能に基づいて充填を決定します。

特殊な用途向け

基本的な強度の考慮を超えて、固有の要件について考えます。振動を吸収する必要がある部品は、中程度の密度のジャイロイド充填材から恩恵を受けます。浮くように設計された物体は、非常に低い充填率を必要とします。高温にさらされるアイテムは、熱分散を改善するために高密度の充填材を使用した方が性能が向上します。

環境要因

印刷物がどこでどのように使用されるかを検討してください。屋外用のアイテムには耐水性が必要です。これは、水の浸入を防ぐために充填密度を高める必要があることを意味します。紫外線にさらされる部品は時間の経過とともに劣化する可能性があるため、最初から追加の強度が必要になる可能性があります。

材料固有の考慮事項

フィラメントが異なれば、充填方法も異なります。

人民解放軍 ほとんどのパターンをきれいに印刷できますが、充填密度が低いと脆くなることがあります。収縮が最小限であるため、正確な幾何学的パターンに適しています。

アブソリュート そして PETG 冷却中に熱移動が大きくなります。これらの材料は、膨張と収縮に対応する充填パターンの恩恵を受けており、ジャイロイドは内部応力の蓄積を防ぐのに特に効果的です。

フレキシブルフィラメント (TPU/TPE) は、自然な動きを制限する複雑な充填パターンでは性能が低下することがよくあります。適度な間隔のよりシンプルなパターンにより、材料は柔軟性の特性を維持できます。

木材、金属、または炭素繊維の粒子を含む複合フィラメントは、ノズルの摩耗を早める可能性があります。これらの材料の場合、中程度の密度で効率的なパターンを使用すると、ノズルの寿命が延びます。

プリンタの機能と制限

ハードウェアは、どのようなインフィル設定が実用的であるかに直接影響します。

プリントヘッドダイナミクス

ボウデン押出機のセットアップでは、複雑な充填パターンに必要な急速な方向変更が困難になる場合があります。ダイレクト ドライブ システムは通常、複雑な充填パターンをより正確に処理します。

ノズルサイズの考慮

ノズルが大きいほど (0.6 mm 以上)、印刷速度は速くなりますが、粗い充填構造が作成されます。 大きいノズルを使用する場合は、交差点での過剰な押し出しを避けるために、充填パターンの間隔を広くする必要があります。

冷却システムの有効性

片面冷却ファンを備えたプリンターでは、特に熱が蓄積される密閉されたエリアでは、充填密度が高くなると問題が発生する場合があります。このような状況では、充填密度を下げるか、最小レイヤー時間を長くすると、結果が改善される可能性があります。

処理能力の制約

古いプリンタ制御ボードでは、複雑なパターンを高速で処理する処理能力が不足している場合があります。複雑な充填セクションでプリンタが途切れる場合は、構造特性に関係なく、より単純なパターンが必要になる場合があります。

より良い 3D プリントのために充填設定をマスターしましょう!

適切な充填設定を選択することが、3Dプリントを成功させる鍵です。適切なパターンと密度を選択すると、強度、重量、材料使用量、印刷時間のバランスが取れたプリントを作成できます。プロジェクトごとに異なるアプローチが必要であることを忘れないでください。装飾モデルは単純なパターンを使用して10〜20％の充填でうまく機能しますが、機能部品はより強力な構造で50％の充填が必要になる場合があります。さまざまな組み合わせを試して、ニーズに合わせて調整してください。 特定のプリンタと材料印刷物の内部構造に対するこれらの小さな変更により、結果が大幅に改善されます。