3D打印填充密度相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
魔猴君 知識(shí)堂 464天前
填充結(jié)構(gòu)在 3D 打印中起著至關(guān)重要的作用，可以精確控制打印部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與注射成型或減材制造等傳統(tǒng)制造方法不同，3D 打印可以創(chuàng)建出復(fù)雜的填充圖案和可調(diào)節(jié)的填充密度。填充是指 3D 打印零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提供支撐、強(qiáng)度和剛性，同時(shí)影響零件的重量和物理特性。填充物的生成是使用切片程序完成的，該程序?qū)?/span>3D 模型轉(zhuǎn)換為 3D 打印機(jī)的指令。
了解填充在 3D 打印中的重要性后，重要的是要認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)填充設(shè)計(jì)給初學(xué)者帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括理解各種圖案、選擇適當(dāng)?shù)奶畛涿芏取⒃O(shè)計(jì)懸垂支撐、最大限度地減少缺陷、優(yōu)化打印設(shè)置以及獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)深入研究這些錯(cuò)綜復(fù)雜的問題，我們可以開發(fā)必要的技能來(lái)克服這些挑戰(zhàn)并通過(guò)填充實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)果。
填充密度是什么？
填充密度是指打印部件內(nèi)部的“填充程度”，通常指定為 0% 到 100% 之間的百分比。較低的密度會(huì)產(chǎn)生更多的中空部件，從而減輕重量和材料消耗，但可能會(huì)犧牲強(qiáng)度。另一方面，較高的密度會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)固的內(nèi)部，從而增加零件的重量和強(qiáng)度。填充密度的選擇取決于打印件的具體要求。對(duì)于不需要特殊強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)打印，建議密度為 15-50%。該范圍平衡了打印時(shí)間、材料消耗和強(qiáng)度。對(duì)于需要額外強(qiáng)度的功能性打印件，建議填充密度高于 50%，最高為 100%。然而，較高的密度會(huì)增加打印時(shí)間和材料使用量。
對(duì)于僅用于展示目的的雕像和模型，0-15% 的填充密度就足夠了。這樣可以加快打印速度并減少材料消耗，同時(shí)犧牲一些強(qiáng)度。打印 TPU 等柔性材料時(shí)，可以使用任何密度，但較高的密度會(huì)導(dǎo)致最終成品的靈活性較差。
△不同密度的填充物（照片來(lái)源：Triplaxis）
探索 3D 打印的填充圖案和應(yīng)用
除了填充密度之外，圖案的選擇也會(huì)影響打印部件的特性。不同的切片程序提供各種圖案，從簡(jiǎn)單的線條到復(fù)雜的幾何形狀。每種圖案都有自己的特點(diǎn)，影響強(qiáng)度、打印時(shí)間、重量負(fù)載和靈活性。
1、條紋填充（Lines）
條紋圖案由沿一個(gè)方向打印的線條組成，能夠提供二維強(qiáng)度。它適合快速打印，消耗材料較少，并且重量相對(duì)較輕。
2、蜂窩填充（Honeycomb）
蜂窩圖案創(chuàng)造出類似蜂窩的視覺上吸引人的結(jié)構(gòu)。它具有中等強(qiáng)度，適合半快速打印，同時(shí)節(jié)省材料。當(dāng)優(yōu)先考慮減輕重量時(shí)，蜂窩狀填充物通常是首選，使其適合航空航天或輕型應(yīng)用。
3、網(wǎng)格填充（Grid）
與線條類似，網(wǎng)格圖案由每層打印的二維線條組成，提供二維強(qiáng)度。它提供了強(qiáng)度、材料使用和打印時(shí)間之間的平衡。網(wǎng)格填充用途廣泛，通常在需要中等水平的結(jié)構(gòu)支撐時(shí)使用。
4、三角形填充（Triangles）
三角形圖案具有重疊的三角形線，在 XY 平面內(nèi)的二維上提供強(qiáng)度。適用于對(duì)強(qiáng)度有要求的印刷品。
5、三六邊形（Tri-hexagon）
這種圖案在XY平面上將三個(gè)方向的線條組合在一起，形成六邊形圖案，中間是三角形。它具有二維強(qiáng)度，適用于強(qiáng)度較高的印刷品。
6、立方體（Cubic）
立方體圖案由圍繞X軸和Y軸傾斜45度的立方體堆疊而成，看起來(lái)像三角形。它具有出色的三維強(qiáng)度。
7、八邊形（Octet）
八字形圖案與立方體圖案相似，但以正方形代替三角形。它具有三維強(qiáng)度和視覺吸引力。
8、螺旋狀（Gyroid）
螺旋狀花紋具有視覺沖擊力，其特點(diǎn)是不規(guī)則的凹面弧度相交。它在強(qiáng)度、材料用量和印刷時(shí)間之間取得了平衡。在對(duì)結(jié)構(gòu)完整性要求較高的情況下，螺旋型填充具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢栽鰪?qiáng)承載能力，降低分層風(fēng)險(xiǎn)。
△圖片來(lái)源：B&C 數(shù)字制造解決方案
在決定合適的填充圖案時(shí)，重要的是要考慮每種圖案在強(qiáng)度、重量、打印時(shí)間、靈活性和浮力方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。標(biāo)準(zhǔn)印花通常受益于網(wǎng)格或三角形圖案，而功能性印花則可以利用立方體、螺旋體或八位體等圖案。螺旋或同心等填充圖案非常適合需要高強(qiáng)度或承載能力的物體，提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)完整性。另一方面，蜂窩狀填充物在減輕重量方面表現(xiàn)出色，可提供高效的材料利用和輕質(zhì)特性。線條圖案通常用于雕像和模型打印，以加快打印過(guò)程，而同心圖案在柔性打印中表現(xiàn)出色，以最少的材料消耗提供強(qiáng)度。
Ultimaker 的閃電填充：直觀的方法
閃電填充（Lightning infill）是一種全新的填充選項(xiàng)，它是首個(gè)集成到切片機(jī)中的智能填充，作為Ultimaker Cura提供的開源選項(xiàng)，它根據(jù)模型的幾何形狀動(dòng)態(tài)生成內(nèi)部支撐，為3D打印引入了一種獨(dú)特的方法。與傳統(tǒng)模式不同，lightning infill通過(guò)保持部分中空結(jié)構(gòu)減少了長(zhǎng)絲用量和打印時(shí)間，同時(shí)主要對(duì)模型的頂部進(jìn)行加固。盡管閃電填充圖案并非為強(qiáng)度或承重應(yīng)用而設(shè)計(jì)，但它在長(zhǎng)絲效率和快速成型裝飾性或視覺吸引力打印方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。雖然其他填充模式推薦用于功能性或承重部件，但閃電填充模式在優(yōu)先考慮減少材料消耗和加快打印速度的情況下非常有價(jià)值。
△閃電填充演示（照片來(lái)源：Ultimaker）
釋放 3D 打印的強(qiáng)度、多功能性和精度
在增材制造方面，填充對(duì)于制造結(jié)構(gòu)健全的零件至關(guān)重要。它不僅改善了零件的物理特性，而且還提供復(fù)雜形狀的打印區(qū)域之間的支撐和連接。雖然可以在沒有填充或減少填充的情況下打印簡(jiǎn)單形狀，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)零件和功能零件來(lái)說(shuō)通常是必需的。它確保打印物體的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和重量分布。
為了實(shí)現(xiàn)均勻的光潔度并避免模型表面因填充而產(chǎn)生可見痕跡，可以進(jìn)行多項(xiàng)調(diào)整。壁厚是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)楸”诳赡軙?huì)產(chǎn)生痕跡，尤其是在模型的頂部區(qū)域。增加壁厚或頂層和底層的數(shù)量可以幫助緩解這個(gè)問題。重疊百分比決定了模型周邊打印的填充物的數(shù)量，從而影響墻壁的阻力。調(diào)整重疊可以減少標(biāo)記，最佳值為 10% 左右。打印訂單，特別是啟用“壁前填充”，可以提高懸垂物的表面質(zhì)量，但可能會(huì)在工件的側(cè)面留下小標(biāo)記。
了解填充密度、填充圖案和其他打印參數(shù)之間的關(guān)系可以讓 3D 打印愛好者和專業(yè)人士根據(jù)特定要求優(yōu)化其打印件。通過(guò)仔細(xì)選擇適當(dāng)?shù)奶畛湓O(shè)置，您可以在 3D 打印零件中實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度、重量、結(jié)構(gòu)和其他屬性。
來(lái)源：南極熊
