3D打印中填充密度和填充圖案的最佳選擇！

魔猴君  知識(shí)堂   710天前

導(dǎo)讀：與大多數(shù)其他制造技術(shù)相比，3D打印必須控制零件的兩個(gè)結(jié)構(gòu)的精度：外壁和填充物。外壁，是指零件的最外層區(qū)域，而填充物則是零件內(nèi)部存在的任何東西。通常打印人員會(huì)對(duì)外幣有一定程度的控制，但填充物更具動(dòng)態(tài)性，并且在零件的強(qiáng)度、重量、結(jié)構(gòu)、浮力等方面發(fā)揮著巨大作用。在 3D 打印中，用戶可以定義許多參數(shù)來控制用于零件的填充類型。

在所有這些參數(shù)中，最重要的參數(shù)有兩個(gè)：填充密度和填充圖案。下面將帶大家一起通過幾種不同的制造方法了解“填充”，更好地了解它在 3D 打印中的工作原理。

3D 打印與傳統(tǒng)制造

填充 3D 打印不同于其他更傳統(tǒng)的制造方法。讓我們以注塑成型和減材制造為例。注塑成型涉及將材料插入模具中以形成零件，由于這種技術(shù)本身的性質(zhì)，控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)根本不可能。因此，注塑成型零件要么是實(shí)心的，要么是空心的（采用氣體注射成型），沒有介于兩者之間。減材制造，如CNC 加工，需要切割材料。與注塑成型類似，填充物無法調(diào)整，因此內(nèi)部完全是實(shí)心的。但3D打印可以設(shè)計(jì)任何的團(tuán)，并進(jìn)行擠壓材料層層制造。

填充密度會(huì)顯著影響材料消耗

△填充密度會(huì)顯著影響材料消耗（來源：BozarthPrime via Myminifactory）

填充密度是零件內(nèi)部的“豐滿度”。在切片機(jī)中，用0 %-100%的百分比進(jìn)行表示，其中 0% 表示部分空心，100% 表示完全實(shí)心。填充密度會(huì)極大地影響零件的重量：零件的內(nèi)部越飽滿，它就越重。除了重量，打印時(shí)間、材料消耗和浮力也受到填充密度的影響。強(qiáng)度也是如此，當(dāng)然它還與材料和層高等許多其他因素有關(guān)。

一些切片機(jī)還允許在同一部件內(nèi)使用不同的填充密度。這稱為可變填充密度，切片程序中的特定設(shè)置允許用戶為打印的不同區(qū)域指定所需的任何密度變化。那么，在實(shí)際打印中應(yīng)該使用多少百分比的填充密度呢？

●對(duì)于不需要超強(qiáng)的大多數(shù)“標(biāo)準(zhǔn)”打印品，建議使用 15-50% 的填充密度。此密度百分比可縮短打印時(shí)間、節(jié)省材料并提供良好的強(qiáng)度。

●功能性打印品需要堅(jiān)固。因此，建議使用更高的填充：超過 50%。這種設(shè)置回消耗更長(zhǎng)的打印時(shí)間并消耗更多的絲材，但會(huì)獲得強(qiáng)度更大的零件。

●對(duì)于僅用于展示目的的小雕像模型，建議使用 0-15% 的填充密度。這可以提高打印速度，并且根本不會(huì)消耗很多絲材。這個(gè)密度范圍打印的模型會(huì)很輕，但不是很結(jié)實(shí)。

推薦設(shè)置

1.標(biāo)準(zhǔn)打?。? 15-50%

2.功能性印花：  50-100%

3.小雕像和模型打印品：  0-15%

4.柔性打?。?1-100%

填充圖案

△不同的填充圖案提供各種強(qiáng)度和令人驚嘆的設(shè)計(jì)（來源：MilesFromNeihu via Thingiverse）

填充圖案是零件內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和形狀。從簡(jiǎn)單的線條到更復(fù)雜的幾何形狀，填充圖案會(huì)影響零件的強(qiáng)度、重量、打印時(shí)間，甚至靈活性。在不同的切片器程序中，有許多不同的填充模式。例如，Cura (2.2) 有 14 種不同的填充圖案可供選擇，而PrusaSlicer (2.5) 有 17 種 ，Simplify3D 有 6 種。

與填充密度一樣，不同的填充圖案具有不同的屬性，如復(fù)雜性、材料效率和連接強(qiáng)度平面的數(shù)量（2D 或 3D）。例如，螺旋形圖案在三個(gè)維度上連接外壁，提供更多的整體強(qiáng)度。因此，與線條等圖案相比，此圖案占用更多材料。那么應(yīng)該選擇哪種填充圖案呢？

●線條：線條填充圖案包含每隔一層在一個(gè)方向（沿 X 軸或 Y 軸）打印的線條。這種填充圖案僅在兩個(gè)維度上提供強(qiáng)度，有利于快速打印。線條圖案不會(huì)使用太多材料，并且重量很輕。

●蜂巢：顧名思義，這種圖案產(chǎn)生蜂巢結(jié)構(gòu)，營(yíng)造出吸引人的視覺效果。這種填充圖案適用于需要中等強(qiáng)度的半快速打印，并且不消耗太多材料。

●網(wǎng)格：網(wǎng)格填充圖案在外觀上類似于線條，但不是每隔一層單向線條，而是每層包含二維線條，線條之間的空間是原來的兩倍。這種模式提供了二維力量，但仍然有些強(qiáng)大。網(wǎng)格圖案消耗平均數(shù)量的材料并需要中等時(shí)間才能完成。

●三角形：三角形圖案看起來像重疊的三角形線，線在 XY 平面中沿三個(gè)方向延伸。這種填充圖案僅在兩個(gè)維度上提供強(qiáng)度，但仍適用于需要強(qiáng)度的打印品。

△Cura 的三角形以兩種不同的密度填充（來源：All3DP）

●三向六邊形：三六邊形填充圖案包含在 XY 平面中沿三個(gè)方向延伸的各種線，形成中間有三角形的六邊形圖案。這種填充圖案提供了二維的強(qiáng)度，非常適合強(qiáng)烈的打印品。

●立方體：這種模式產(chǎn)生堆疊的立方體，但因?yàn)樗鼈儑@ X 軸和 Y 軸傾斜 45 度，所以它們?cè)谌魏螘r(shí)刻看起來都更像三角形。該圖案在三個(gè)維度上提供了出色的強(qiáng)度，但比其他圖案需要更多的材料和時(shí)間。

●八位位組：八位位組填充圖案類似于立方體圖案，但圖案不是增加傾斜的三角形，而是具體化為正方形。這種填充圖案是一種三維圖案，不僅看起來非常棒，而且對(duì)于需要強(qiáng)度的部件也很有用。

●螺旋型：螺旋形填充圖案可能看起來最酷，但也可以說是最奇怪的填充圖案。它包括最終穿過路徑的凹形不規(guī)則曲率。它旨在在強(qiáng)度、材料和打印時(shí)間之間取得最佳平衡。

△螺旋形 填充物，可用于打印，令人眼花繚亂

●同心：同心填充圖案是由與零件輪廓（即其周長(zhǎng)）相匹配的同心線組成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種圖案可以快速打印，適用于柔性部件，并且比大多數(shù)圖案消耗的材料少得多。

推薦設(shè)置

1.標(biāo)準(zhǔn)打印品： 網(wǎng)格或三角形

2.功能打印： 立方體、螺旋體或八位體

3.小雕像和模型印刷品： 線條

4.柔性打印：同心

其他注意事項(xiàng)

△填充圖案可以成為打印品的美學(xué)特征（來源：Penolopy Bulnick via Instructables）

除了圖案和密度之外，還有另外兩類值得注意的填充設(shè)置：可變?cè)O(shè)置和藝術(shù)圖案。兩者都可以讓您通過填充設(shè)置更具創(chuàng)意?？勺?cè)O(shè)置使您能夠隨著零件在層中的進(jìn)展調(diào)整填充密度。例如，如果您希望零件的底部在第 30 層之前有 10% 的填充，然后切換為 50% 的填充，變量設(shè)置允許您執(zhí)行此操作。何在 Simplify3D、PrusaSlicer 和 Cura等軟件中均可以實(shí)現(xiàn)。Infill for art 是一種將不同的填充圖案變成藝術(shù)品的方法。這個(gè)過程在耳環(huán)、吊墜和其他珠寶和藝術(shù)品上看起來很棒。

來源：南極熊