Заполнить 3D -печать: что это такое и почему это важно

Внутренняя структура 3D-печатного объекта, называемая заполнением, играет ключевую роль в успешной печати. ​​Эта структура внешних оболочек влияет на прочность, вес и расход материала. Правильные настройки заполнения могут стать решающим фактором между хрупкой моделью и прочной функциональной деталью, помогая вам сбалансировать время печати и расход материала.

Что такое заполнение в 3D-печати?

Заполнение - это внутренняя структура Она заполняет пространство внутри внешней оболочки 3D-печатного объекта. Представьте себе скелет, поддерживающий вашу модель изнутри. Когда вы нарезаете 3D-модель для печати, программа создаёт этот внутренний каркас в соответствии с заданными настройками, генерируя шаблоны, обеспечивающие структурную поддержку, но при этом не делая объект полностью монолитным.

Заполнение обычно состоит из повторяющихся геометрических узоров, соединяющих внутренние стенки отпечатка. Для этих узоров используется разное количество материала в зависимости от выбранной плотности.

Как заполнение влияет на ваши отпечатки

Заполнение напрямую влияет на несколько ключевых аспектов готовой печати:

• Сила: Более высокая плотность заполнения создает больше внутренних связей, что приводит к получению более прочных отпечатков, способных выдерживать большую нагрузку и давление.
• Масса: Степень заполнения определяет вес готового объекта. Чем ниже плотность, тем легче отпечаток.
• Использование материалов: Большее заполнение требует больше нити. Уменьшение плотности заполнения — один из самых эффективных способов экономии материала и снижения затрат на печать.
• Время печати: Печать плотных рисунков заполнения занимает больше времени, поскольку соплу приходится проходить большее расстояние, чтобы нанести весь этот дополнительный материал.

Сплошной против пустотелого против заполненного

Использование заполнения обеспечивает существенные преимущества по сравнению как с полностью сплошными, так и с полыми отпечатками:

Тип печати	Преимущества	Недостатки
Твердый	Используйте максимум материала Очень сильный Подходит для применений, требующих очень высокой прочности	Печать занимает больше всего времени Значительные отходы материала Слишком сильный для большинства применений Могут возникнуть внутренние напряжения, вызывающие деформацию
Пустой	Используйте минимум материала Печатайте быстро	Очень слабый и склонный к обрушению Невозможно эффективно поддерживать верхние слои Легко терпят неудачу под давлением
Заполнение	Баланс расхода материала и прочности Разрешить настройку в соответствии с потребностями проекта Поддержка верхних слоев без потери материала Распределить внутренние напряжения более равномерно Может быть оптимизирован для различных применений	Требуется дополнительное время на настройку для корректировки параметров в соответствии с конкретными потребностями.

Правильно выбранные параметры заполнения дают вам лучшее из обоих миров — прочность там, где это необходимо, без чрезмерного расхода материала или времени печати.

Типы заполняющих структур для 3D-печати

Распространенные образцы заполнения

The выбранный вами шаблон Заполнение существенно влияет на качество печати. ​​Современное программное обеспечение для нарезки предлагает несколько вариантов шаблонов, каждый из которых обладает уникальными свойствами:

Сетка: Этот простой узор создает перпендикулярные линии, образующие квадраты.Сетчатый узор быстро печатается и обеспечивает сбалансированную прочность в двух направлениях (осях X и Y). Это отличный универсальный вариант для множества базовых принтов.

Прямолинейный: Похож на сетку, но с параллельными линиями, направление которых меняется между слоями. Этот узор обеспечивает хорошую прочность при минимальном расходе материала и быстрой печати. ​​Идеально подходит для черновиков и прототипов, где скорость печати важнее максимальной прочности.

Треугольный: Образует треугольники по всей внутренней поверхности отпечатка. Этот узор распределяет нагрузку более равномерно, чем сетчатые узоры, и устойчив к изгибу в разных направлениях, что делает его подходящим для функциональных деталей, требующих постоянной прочности.

Соты: Создаёт шестиугольные ячейки, напоминающие улей. Этот узор обеспечивает исключительное соотношение прочности и веса, а также отличную устойчивость к сжатию. Хотя для печати требуется больше материала и больше времени, чем для более простых узоров, сотовое заполнение идеально подходит для деталей, которые должны выдерживать вес.

Гироид: Органическая волнообразная непрерывная структура. Гироидный рисунок обеспечивает равномерную прочность во всех направлениях (изотропный) и позволяет воздуху и жидкостям свободно проходить через отпечаток. Он особенно полезен для гибких материалов и приложений, требующих уникальных механических свойств.

Характеристики производительности модели

Распределение силы

Различные модели распределения силы по-разному:

• Сетка и прямолинейный: сильнее всего по осям X и Y, слабее по оси Z
• Треугольный: Более сбалансированная сила во всех горизонтальных направлениях
• Соты: Отличная прочность на сжатие с хорошим распределением нагрузки
• Гироид: Наиболее равномерная прочность во всех направлениях, включая ось Z

Гибкость и материальные соображения

Рисунок заполнения влияет на то, как отпечаток изгибается под давлением:

• Гироид: Обеспечивает максимальную гибкость и отлично работает с ТПУ и другими гибкими волокнами.
• Соты: Обеспечивает контролируемую гибкость под давлением и хорошее восстановление
• Сетка/Прямолинейная: Создает более жесткие структуры с меньшей деформацией
• Треугольный: Обеспечивает жесткость и сбалансированное сопротивление изгибу

Скорость и эффективность печати

Выбор шаблона существенно влияет на время печати:

• Прямолинейный: Обычно самый быстрый способ печати
• Сетка: Быстро и эффективно
• Треугольный: Умеренное время печати
• Соты: Медленнее из-за частой смены направления
• Гироид: Часто самый медленный шаблон из-за своей сложной геометрии.

Для срочных проектов более простые узоры, такие как прямолинейные или сетчатые, сократят время печати. ​​Если прочность — приоритет, дополнительное время, затрачиваемое на сотовые или гироидные узоры, обычно оправдывает себя.

Плотность заполнения при 3D-печати

Что означает процент заполнения

Плотность заполнения — это процент внутреннего пространства, заполненного материалом в 3D-модели. Она варьируется от 0% (полностью пустота) до 100% (полностью сплошная).

Низкая плотность (10-20%)

Низкая плотность заполнения позволяет создавать лёгкие и быстрые в изготовлении отпечатки. Внутренняя структура разреженная, но обеспечивает достаточную поддержку верхних слоёв отпечатка. Этот диапазон плотности идеально подходит для декоративных моделей, прототипов и других нефункциональных изделий, где прочность не является первостепенной задачей.Минимальный расход материала делает печать с низкой плотностью экономичной, особенно для крупных объектов.

Средняя плотность (25-40%)

Заполнение средней плотности обеспечивает баланс между прочностью и эффективностью использования материала. Этот диапазон обеспечивает приемлемую прочность для изделий общего назначения, сокращая при этом время печати и затраты на материал. Предметы домашнего обихода, контейнеры и лёгкие функциональные детали обычно хорошо подходят для заполнения средней плотности. Большинство повседневных проектов 3D-печати относятся к этой категории, обеспечивая хорошие результаты без чрезмерного расхода материала.

Высокая плотность (50-100%)

Высокая плотность заполнения позволяет создавать прочные и надёжные детали, способные выдерживать значительные нагрузки. При приближении к 100% отпечатки становятся практически сплошными и обеспечивают максимальную прочность. Такой диапазон необходим для механических компонентов, инструментов и изделий, которые должны выдерживать вес или противостоять разрушению под давлением. В результате значительно увеличивается расход материала и время печати. ​​Используйте высокую плотность для деталей, где прочность критически важна для функциональности.

Как плотность влияет на ваши отпечатки

Определяет расход материала

Более высокое заполнение означает больший расход филамента. Заполнение 20% может использовать всего треть материала, необходимого для сплошной печати, что экономит как материал, так и деньги. Для больших отпечатков даже небольшое уменьшение процента заполнения может привести к значительной экономии.

Он контролирует длительность печати

Плотность заполнения напрямую влияет на время печати. ​​Печать с низкой плотностью (10–20%) выполняется гораздо быстрее, чем с высокой (50% и более). Это происходит потому, что принтеру приходится прокладывать больше путей и наносить больше материала при более высоких значениях заполнения.

Определяет структурную прочность

Прочность вашей печати возрастает с увеличением плотности заполнения. Детали с заполнением 50% и более способны выдерживать значительные нагрузки и вес. Однако прочность не линейно возрастает — разница между заполнением 80% и 100% часто минимальна, при этом расход материала значительно выше.

Факторы, влияющие на выбор заполнения

В предыдущих разделах рассматривались доступные варианты заполнения и плотности, а в этом разделе мы рассмотрим, как сделать правильный выбор для вашей конкретной ситуации.

Цель вашей 3D-печати

Позвольте функции вашего отпечатка определять ваши решения по заполнению:

Для специализированных применений

Помимо основных требований к прочности, учитывайте и уникальные требования. Детали, поглощающие вибрацию, лучше всего заполнять гироидным заполнителем средней плотности. Для плавучих объектов требуется очень низкий процент заполнения. Изделия, подверженные воздействию высоких температур, лучше работают с более плотным заполнением для лучшего распределения тепла.

Факторы окружающей среды

Подумайте, где и как будет использоваться ваш принт. Для предметов, предназначенных для улицы, требуется водостойкость, что часто означает более высокую плотность заполнения для предотвращения проникновения воды. Детали, подверженные воздействию ультрафиолетового излучения, могут со временем разрушаться, что может потребовать повышения прочности с самого начала.

Особенности материалов

Различные нити требуют различных подходов к заполнению:

НОАК Обеспечивает чёткую печать большинства шаблонов, но может быть хрупким при низкой плотности заполнения. Благодаря минимальной усадке подходит для создания точных геометрических узоров.

АБС и ПЭТГ При охлаждении наблюдается более выраженная тепловая деформация. Эти материалы выигрывают от использования структур заполнения, которые компенсируют расширение и сжатие, при этом гироид особенно эффективен для предотвращения накопления внутренних напряжений.

Гибкие нити (TPU/TPE) часто плохо справляются со сложными рисунками заполнения, которые ограничивают их естественную подвижность.Более простые узоры с умеренным интервалом позволяют материалу сохранять свои свойства гибкости.

Композитные нити, содержащие частицы древесины, металла или углеродного волокна, могут вызывать ускоренный износ сопла. Для этих материалов использование эффективных шаблонов при умеренной плотности продлевает срок службы сопла.

Возможности и ограничения принтера

Ваше оборудование напрямую влияет на то, какие настройки заполнения будут практичными:

Динамика печатающей головки

Экструдеры Боудена могут испытывать трудности при быстрой смене направления, необходимой для сложных схем заполнения. Системы с прямым приводом, как правило, более точно справляются со сложными схемами заполнения.

Учет размера сопла

Более крупные сопла (0,6 мм и более) печатают быстрее, но создают более грубую структуру заполнения. При использовании более крупных сопел потребуется большее расстояние между ними в шаблоне заполнения, чтобы избежать чрезмерного выдавливания в точках пересечения.

Эффективность системы охлаждения

Принтеры с односторонними вентиляторами охлаждения могут испытывать трудности с более высокой плотностью заполнения, особенно в закрытых помещениях, где происходит накопление тепла. В таких ситуациях уменьшение плотности заполнения или увеличение минимального времени печати слоя может улучшить результаты.

Ограничения вычислительной мощности

Старые платы управления принтерами иногда не обладают достаточной вычислительной мощностью для обработки сложных узоров на высокой скорости. Если ваш принтер «запинается» при печати сложных участков заполнения, возможно, потребуется использовать более простые узоры, независимо от их структурных свойств.

Освойте настройки заполнения для получения более качественных 3D-печатей!

Правильный выбор параметров заполнения — ключ к успешной 3D-печати. ​​Правильно подобранные шаблоны и плотности позволяют создавать модели с балансом прочности, веса, расхода материала и времени печати. ​​Помните, что для разных проектов требуются разные подходы: декоративные модели хорошо работают с заполнением 10–20% и простыми шаблонами, в то время как для функциональных деталей может потребоваться заполнение 50% и более прочные конструкции. Попробуйте различные комбинации и корректируйте их в соответствии с вашими потребностями. конкретный принтер и материалы. Эти небольшие изменения внутренней структуры вашего отпечатка значительно улучшат результаты.