3D 프린팅의 충전재: 정의 및 중요한 이유

대부분의 출력물에는 15~20%의 자이로이드 또는 그리드 패턴을 사용하고, 하중을 받는 부품에는 40~60%를 사용하십시오. PLA 소재에 60% 채움 밀도로 진행한 통제 테스트에서, 그리드 패턴은 최대 인장 강도가 21.91 MPa에 달한 반면, 적응형 입방 패턴은 13.05 MPa에 그쳤습니다. 이는 밀도를 고려하기 전에도 패턴 선택만으로 68%의 차이를 보이는 것입니다.

3D 프린팅에서 내부 채움(Infill)이란 무엇인가요?

내부 채움(Infill)은 슬라이서 프로그램이 3D 프린팅된 부품의 외벽 사이에 생성하는 반복적인 내부 격자 구조로, 내부 부피 중 재료로 채워지는 부분의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다. 0%일 때는 부품이 비어 있고, 100%일 때는 속이 ​​꽉 차 있습니다. 모든 중요한 변화는 이 두 값 사이에서 발생합니다.

채움(Infill)은 세 가지 역할을 동시에 수행하며, 이 역할들은 서로 다른 방향으로 작용합니다. 첫째, 상단 레이어들을 지지하여 서로 연결될 수 있도록 합니다. 둘째, 내부 하중을 분산시키고 벽면 사이의 응력을 조절합니다. 셋째, 채움 양에 비례하여 필라멘트 소모량과 출력 시간을 증가시킵니다. 모든 채움 설정은 이 세 가지 요소 사이의 균형을 고려해야 하므로, 단 하나의 정답이 있는 것이 아니라, 특정 부품에 맞는 최적의 설정이 존재합니다.

어떤 채움 패턴이 가장 튼튼합니까?

2025년 연구에서 동일한 조건 하에 비교된 네 가지 패턴 중 Grid가 가장 높은 극한 인장 강도를 나타냈습니다. 고분자, 가장 높은 압력은 21.91 ± 0.61 MPa에서 나타났으며, 그 뒤를 이어 벌집형이 18.42 ± 0.77 MPa, 직선형이 16.65 ± 0.20 MPa, 적응형 입방형이 13.05 ± 0.58 MPa 순으로 나타났습니다. 시편은 PLA 소재를 사용하여 60% 채움 밀도, 0.2 mm 층 높이, 3개의 벽 루프로 출력했으며, 각 패턴당 3개의 복제본을 제작했습니다.

인장 강도 수치는 Alzahrani et al.의 자료에서 가져온 것입니다. 채움재 기하학적 효과에 대한 종합적인 조사. 재료 및 시간 비교는 다음에서 가져온 것입니다. Prusa Slicer 설명서.

이제 대부분의 채움재 가이드에서 빠뜨리는 부분을 살펴보겠습니다. 패턴 순위는 하중 조건에 따라 적용되지 않으며, 발표된 문헌에서도 보편적으로 가장 우수한 패턴에 대한 의견 일치가 이루어지지 않고 있습니다. 2022년에 발표된 별도의 연구에 따르면... 재료 PLA 소재를 ASTM D638 Type IV 규격에 따라 0.18mm 층 높이로 테스트한 결과 다음과 같은 결과를 얻었습니다. 13.79 MPa의 육각형 채움 구조와 8.56 MPa의 자이로이드 구조 — 시편의 형상, 층 높이 및 벽 구조가 다르기 때문에 위의 연구와는 절대적인 척도와 순서가 다릅니다.

그 불일치는 데이터의 결함이 아니라 결과입니다. 채움 패턴 강도는 재료의 특성이 아니라 패턴, 밀도, 벽 두께, 레이어 높이 및 부품에 하중을 가하는 방향의 특성입니다. 위의 표를 포함한 모든 순위 목록은 측정 조건에 따라 유효한 것으로 간주하십시오.

굽힘 하중을 받을 때 어떤 패턴이 가장 뻣뻣합니까?

벌집형 구조와 삼각형 구조는 동일한 재료 부피에서 격자형 구조보다 굽힘에 대한 저항력이 약 3~4배 더 뛰어납니다. 3mm 셀과 1mm 셀 벽으로 제작된 가로 120mm, 세로 20mm, 두께 20mm의 PLA 빔을 대상으로 세 가지 구조 패턴에 대해 대칭 3점 굽힘 시험과 비대칭 캔틸레버 하중 시험을 실시했습니다. 아래 수치는 힘-변위 접선비이며, 값이 낮을수록 강성이 높습니다.

격자 행을 육각형 행과 대조하여 읽으십시오. 격자 사용률 1.82% 더 적은 재료가 더 많이 사용되었고 Z축 방향으로 3.94배, Y축 방향으로 3.18배 더 많이 변형되었습니다. 이는 재료 효율성의 절충이 아니라, 순수한 손실입니다. 5N의 일정한 캔틸레버 하중 하에서 측정된 방향 일관성 컬럼은 다른 관점에서 동일한 결과를 보여줍니다. 육각형과 삼각형은 어느 주축을 누르든 거의 동일하게 변형되는 반면, 0.64 격자는 하중 방향에 따라 강성이 크게 변합니다. 전체 데이터는 연구 논문에서 확인할 수 있습니다. 굽힘 하중을 받는 벌집형, 격자형 및 삼각형 PLA 구조.

실용적인 규칙은 다음과 같습니다. 부품에 알려진 축을 따라 인장 하중이 가해질 때는 격자형 구조를 선택하고, 부품에 굽힘 하중이 가해지거나 하중 방향을 예측할 수 없을 때는 벌집형, 삼각형 또는 자이로이드형 구조를 선택하십시오. 대부분의 실제 기능 부품은 두 번째 범주에 속합니다.모델 방향은 이와 밀접한 관련이 있으며, 모델 배치 가이드 강축을 하중과 정렬하는 방법을 다룹니다.

어떤 충진 밀도를 사용해야 할까요?

밀도는 패턴보다 강도에 더 예측 가능한 영향을 미치며, 그 관계는 단조적이지만 선형적이지는 않습니다. ASTM D638에 따라 육각형 패턴으로 채워진 PLA를 25%, 50%, 75%, 100%로 테스트한 결과, 인장 강도, 탄성 계수 및 압축 강도는 모두 밀도가 증가함에 따라 증가하는 반면, 파괴 시 신장률은 감소하는 것으로 나타났습니다. 파괴 시 신장률은 25% 밀도에서 최고치를 기록한 후 꾸준히 감소했습니다.

밀도 및 방향 데이터는 Obaide와 Saad의 자료에서 가져왔습니다. PLA 기판의 내부 충전 밀도에 대한 실험적 연구; 쇼어 D 경도 값은 다음과 같습니다. 재료 위에서 언급한 연구는 20%, 40%, 60%, 80% 충전율에서 측정되었습니다.

연신율 측정 결과는 일반적인 가정을 뒤집기 때문에 강조할 만합니다. 100% 충전율을 적용한다고 해서 부품이 단순히 더 강해지는 것이 아니라, 더 강해지지만 더 취성해집니다. 동일한 연구에서 가장 취성적인 파괴면은 100% 충전율에서, 가장 연성적인 파괴면은 50% 충전율에서 관찰되었습니다. 부품이 항복이 아닌 파단으로 파손된다면, 충전율을 높이는 것은 잘못된 방법이며, 동일한 함정이 다시 나타납니다. 진동 마운트의 필라멘트, 내부 채움재를 더 많이 넣는다고 해서 피로 수명이 확실하게 늘어나는 것은 아닙니다.

기능적인 부분에서 벽체가 내부 채움재보다 나은 이유는 무엇일까요?

부품의 강도를 높여야 한다면, 내부 채움재를 추가하기 전에 외벽 루프를 추가하세요. 이는 기하학적 원리에 따른 것으로, 굽힘 하중을 받을 때 중립축에서 가장 멀리 떨어진 부분의 재료가 해당 단면의 저항에 가장 큰 영향을 미칩니다. 외벽은 외부 표면에 위치하고 내부 채움재는 중앙 부근에 위치합니다. 네 번째와 다섯 번째 외벽 루프를 추가하면 응력이 가장 높은 곳에 필라멘트가 집중되는 반면, 내부 채움재를 30%에서 60%로 높이면 응력이 가장 낮은 곳에 재료가 추가됩니다.

출력 시간 측면에서도 유리합니다. 외곽선은 일정한 속도로 연속적으로 압출되는 반면, 고밀도 내부 채움은 각 벽 교차점에서 방향이 바뀌는 짧은 이동이 여러 번 반복됩니다. 일반적으로 벽을 두 개 더 추가하는 것이 내부 채움 비율을 두 배로 늘리는 것보다 시간이 훨씬 적게 걸리고 더 나은 표면 품질을 제공합니다. 먼저 벽 개수를 정한 다음 내부 채움 비율을 설정하고 사용하세요. 최소 벽 두께 가이드 쉘의 크기를 적절하게 맞추기 위해. 더 넓은 범위의 지렛대 원리가 가이드에 나와 있습니다. 3D 프린팅 제품의 강도를 높이기.

필라멘트 선택이 채움재 선택에 어떤 영향을 미칠까요?

소재의 변화는 주로 수축률과 강성 변화를 통해 나타나며, 어떤 패턴이 잘 작동하는지를 결정합니다.위의 테스트 데이터는 모두 PLA 소재이며, PLA는 수축률이 최소화되어 기하학적 패턴이 정확하게 재현되고 어떤 패턴이든 구현하기 쉬운 소재입니다.

• PETG, ABS 및 ASA 냉각 시 수축률이 더 크기 때문에, 자체 교차점이 촘촘한 패턴은 내부 응력을 가두어 모서리 부분에서 부품을 파손시킬 수 있습니다. 반면, 경로 교차를 피하는 자이로이드 및 허니콤 패턴은 수축을 더욱 고르게 분산시킵니다.
• TPU 및 기타 유연 소재 부품이 움직일 수 있도록 하는 패턴이 필요합니다. 저밀도 자이로이드 패턴이 표준적인 선택이며, 경직된 교차 패턴은 재료의 본래 목적과 상반됩니다.
• 탄소섬유 및 유리섬유 강화 복합재료 마모성이 강하고 고밀도 충진재는 노즐을 통과하는 압출 길이를 증가시킵니다. 경화된 노즐과 함께 적당한 밀도를 사용하면 수명이 연장됩니다. PET-CF 스풀 페이지 관련 취급 요건을 나열합니다.
• 나일론 및 PA-CF 수분을 흡수하고 고온으로 출력하며, 충전재 추가보다는 가열 챔버를 사용하는 것이 더 효과적입니다.

필라멘트 비용은 출력 시간과 같은 방향으로 움직입니다. 내부 채움 부피는 밀도에 비례하기 때문에, 큰 부품에서 내부 채움 밀도를 40%에서 20%로 줄이면 필라멘트 사용량이 상당 부분 감소하므로, 이는 출력 시간과 비교하여 고려해 볼 만한 가치가 있습니다. 스풀당 비용. 그만큼 필라멘트 범위 재질별 인쇄 온도 및 챔버 요구 사항을 나열하는데, 이것이 실제로 패턴 옵션을 제한하는 요소입니다.

프린터 기능에 따라 채움재 선택에 제약이 생기는 이유는 무엇인가요?

복잡한 3D 채움 패턴은 빠르고 정확한 방향 전환을 요구하는데, 이는 슬라이서 문제라기보다는 하드웨어 문제입니다. 자이로이드 및 허니콤 패턴은 직사각형 패턴보다 레이어당 훨씬 더 많은 가속 이벤트를 발생시키며, 이러한 패턴을 기기가 깔끔하게 실행하는지 여부는 세 가지 요소에 따라 결정됩니다.

압출기 유형. 다이렉트 드라이브 압출기는 고밀도 패턴에 필요한 수축 및 유량 변화에 더 빠르게 반응하는 반면, 보우덴 방식은 반응 속도가 느립니다. 모든 최신 QIDI 이 기계는 직접 구동 방식을 사용하기 때문에 복잡한 패턴도 예측 가능한 방식으로 인쇄되는 경향이 있습니다.

모션 시스템 및 제어. 짧은 세그먼트가 많은 패턴은 컨트롤러의 동작 처리 속도에 제약을 받습니다. 클리퍼 기반 머신은 모션 계획을 호스트 프로세서로 오프로드하기 때문에 복잡한 패턴에서도 끊김 없이 속도를 유지할 수 있습니다. 2분기 600mm/s의 툴헤드 이동 속도와 20,000mm/s²의 가속도를 언급했는데, 위의 연구 데이터 자체는 300mm/s의 채움 속도에서 생성된 것입니다. 따라서 최신 하드웨어는 과거처럼 병목 현상이 아닙니다.

노즐 직경. 0.6mm 또는 0.8mm 노즐은 더 넓은 압출 폭을 제공하므로 동일한 밀도에서 채움선 수가 줄어들고 출력 속도가 빨라지지만, 셀이 거칠어지고 교차점에서 과다 압출이 발생할 수 있습니다. 큰 노즐을 사용하는 경우 자이로이드 또는 벌집형과 같이 교차하지 않는 패턴을 사용하는 것이 좋습니다.

챔버 제어. 고밀도 채움 방식은 좁은 영역에 많은 재료를 채워 넣는데, 온도 제어가 제대로 되지 않으면 주변의 밀도가 낮은 영역에서 열이 축적되어 레이어 경계가 불분명해집니다. 챔버 가열 기능이 있는 프린터(예: 맥스4 최대 65°C의 온도에서 장시간 고밀도 작업 동안 안정적인 환경을 유지하십시오. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 프린터 범위 현재 움직임이나 챔버 성능이 한계라면.

네 가지 결정으로 채우기 설정하기

1. 해당 부품을 분류하세요. 장식용, 기능성 또는 하중 지지용. 패턴 드롭다운 메뉴를 열기 전에 밀도 범위를 설정합니다.
2. 하중 방향을 확인하십시오. 단축 방향 장력은 격자 구조를 나타냅니다. 굽힘 또는 방향을 알 수 없는 경우는 자이로이드, 벌집형 또는 삼각형 구조를 나타냅니다.
3. 먼저 벽을 설치하세요. 기본 루프는 3개, 기능적인 부분은 4개 또는 5개로 설정하고, 채움(infill) 값을 해당 범위에서 가장 낮은 값으로 설정하세요.
4. 대량 생산 전에 테스트하십시오. 부품 하나를 출력하고, 실제 장착 방식대로 장착한 후 조정하세요. 슬라이서 미리보기에서 각 구성에 필요한 재료와 소요 시간을 확인할 수 있으므로 비교하는 데 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 자세한 내용은 다음을 참조하세요. 슬라이서 소프트웨어 개요 그 인물들이 사는 곳에 대해서.

3D 프린팅 내부 채움재 관련 FAQ

3D 프린팅에 가장 적합한 내부 채움 비율은 얼마일까요?

디스플레이 모델 및 프로토타입의 경우 15~20%, 일상적인 기능성 부품의 경우 25~40%, 실제 하중을 받는 부품의 경우 50~75%의 충전율이 적합합니다. PLA 소재에 25%, 50%, 75%, 100% 충전율을 적용하여 테스트한 결과, 인장 강도, 탄성 계수, 압축 강도 모두 충전율이 증가함에 따라 높아지는 것으로 나타났습니다. 따라서 최적의 충전율은 일반적인 기본값보다는 부품의 용도에 따라 결정됩니다.

자이로이드 방식과 그리드 방식 중 어느 방식이 더 강력합니까?

부품에 가해지는 하중에 따라 달라집니다. PLA 소재에 60% 채움 밀도로 제작했을 때, 그리드 패턴은 네 가지 패턴 중 가장 높은 최대 인장 강도를 보였지만, 굽힘 시험에서는 방향성이 가장 불균일하여 동일한 재료 부피에서 육각형 패턴보다 최대 3.94배 더 많이 휘어지는 것으로 나타났습니다. 자이로이드 패턴의 장점은 세 축 모두에서 거의 동일한 강도를 보인다는 점이며, 이는 하중 방향을 예측할 수 없을 때 중요한 요소입니다.

100% 채움이 가장 강한 부품을 만드는 방법인가요?

PLA는 인장에는 가장 강하지만 충격에는 가장 취약한 소재입니다. 강도가 100%까지 증가하는 것으로 나타난 동일한 PLA 테스트에서 파괴 시 연신율은 25%부터 지속적으로 감소하며, 100%에서 가장 취약한 파괴면을, 50%에서 가장 연성 있는 파괴면을 보였습니다. 충격 하중을 받는 부품의 경우, 벽 고리 구조를 추가한 50~75% 강도의 PLA가 일반적으로 단일 소재보다 우수한 성능을 나타냅니다.

채움 작업을 하면 출력 시간이 얼마나 추가되나요?

패턴에 따라 예상보다 훨씬 더 많은 차이가 발생합니다. Prusa 슬라이서 설명서에 따르면, 허니콤 패턴은 직사각형 패턴보다 최대 두 배의 시간이 걸리고 재료도 약 25% 더 많이 소모되는 반면, 어댑티브 큐빅 패턴은 직사각형 패턴보다 재료를 약 25% 적게 소모하고 더 빨리 완료됩니다. 동일한 밀도에서 직사각형 패턴과 격자 패턴이 가장 빠른 옵션입니다.

어떤 채움 패턴이 재료를 가장 적게 사용합니까?

적응형 입방 구조와 번개형 채움재를 사용해 보세요. 적응형 입방 구조는 가장 가까운 벽과의 거리에 따라 밀도가 자동으로 변하며 직사각형 구조보다 재료를 약 4분의 1 정도 적게 사용합니다. 번개형 채움재는 가지 모양의 구조를 만들어 상단 표면 근처에서만 밀도가 높아지도록 설계되어 재료를 더욱 절약합니다. 두 구조 모두 하중 지지력이 약해지므로 내부가 상단 레이어만 지지하면 되는 경우에 사용하세요. 더 많은 재료 절감 방법은 가이드에서 확인할 수 있습니다. 3D 프린팅 재료 감소.

윗면이 듬성듬성 채워진 부분 위쪽으로 움푹 패인 것처럼 보이는 이유는 무엇인가요?

상단 솔리드 레이어 간의 연결이 끊어질 정도로 내부 채움 간격이 너무 넓습니다. 내부 채움 밀도를 몇 포인트 높이거나, 상단 솔리드 레이어 수를 늘리거나, 더 조밀한 패턴으로 바로 변경하는 대신 다림질 기능을 활성화하여 문제를 해결하세요. 다림질 가이드 이 부분은 표면 마감 처리를 다룹니다.

부품 크기에 따라 내부 채움 비율이 달라져야 할까요?

네, 일반적으로는 감소하는 경향이 있습니다. 내부 채움 부피는 부품 크기의 세제곱에 반비례하여 증가하는 반면, 대부분의 하중 조건에서는 증가 속도가 더 느립니다. 따라서 40% 채움 밀도로 큰 부품을 제작하면 40% 채움 밀도로 작은 부품을 제작하여 강도를 높이는 것보다 필라멘트를 훨씬 더 많이 낭비하게 됩니다. 부품이 커질수록 내부 채움 밀도를 줄이고 벽 두께를 늘리는 것이 좋으며, 큰 속이 빈 부분에는 가변 밀도 패턴을 사용하는 것을 고려해 보세요.