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FDM3D打印如何設(shè)置最佳填充圖案?

3D打印能夠輕松制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件,盡管最終制造出的結(jié)構(gòu)可能看起來相同,但它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同。3D打印的一大優(yōu)勢(shì)是能夠改變零件的空心度。在制造方面,空心部件比實(shí)心部件需要更少的時(shí)間和材料,從而降低了整體重量和成本!那么,內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)呢?

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3D打印的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也稱為“填充結(jié)構(gòu)”,它可以根據(jù)所需密度進(jìn)行調(diào)整,0%代表零件是空心的,100%代表零件是實(shí)心的。此外,可以根據(jù)各種各樣的模式調(diào)整部分的填充方式。下面,魔猴網(wǎng)將介紹各種不同的填充模式,這些模式都可以在常用切片軟件Cura中進(jìn)行使用。

Ultimaker Cura

Ultimaker Cura是全球使用十分廣泛的3D切片軟件,每周切割超過400萬個(gè)文件,總量超過5億個(gè)切片文件,幫助無數(shù)的公司和個(gè)人認(rèn)識(shí)到了3D打印的魔力。Ultimaker Cura不斷的進(jìn)步,不斷地更新版本,添加新特性和改進(jìn)舊功能,一直走在3D打印技術(shù)前沿。

常用的填充圖案有哪些?

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△填充圖案會(huì)極大地影響打印品的強(qiáng)度和靈活性

在最新版本的 Cura (5.3) 中,有 14 種類型的填充可供使用。魔猴網(wǎng)根據(jù)用途對(duì)其進(jìn)行了分組:

●模型和小雕像:閃電形、線條、之字形

●標(biāo)準(zhǔn)的 3D 打印:網(wǎng)格、三角形、三六邊形

●功能性 3D 打?。毫⒎襟w、精密立方體、八位體、四分之一立方體、螺旋形

●靈活的 3D 打?。和?、十字和三維十字

模型和小雕像

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△模型船和小雕像是低強(qiáng)度填充物的理想選擇

填充密度: 0-15%

當(dāng)打印體積較小的模型或小雕像時(shí),3D打印過程通常不設(shè)計(jì)較大的作用力,不會(huì)承受較大的壓力。那么,對(duì)于此類應(yīng)用,閃電、線條或之字形填充圖案是最好的,可以提供最快的打印速度。

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△線條(左)、“連接填充線”的線條(中)和之字形(右)

類似于其他切片器中的“直線”,線條和之字形圖案會(huì)產(chǎn)生一個(gè)二維網(wǎng)格。兩者之間的區(qū)別在于線條圖案每層生成多條線,而“之字形”只是一條恒定線。如上圖所示,選擇“連接填充線”后,線和之字形之間的差異幾乎無法區(qū)分。閃電填充基本上是類似于閃電形的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。填充物支撐模型的內(nèi)部區(qū)域,并在模型頂部變得更密集,因?yàn)樗梢詼p少90%的材料,這種填充類型非常適合更快的打印。

標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印

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典型填充密度: 15-50%

對(duì)于承受低應(yīng)力的 3D 打印,應(yīng)使用中等強(qiáng)度的填充圖案。網(wǎng)格、三角形或三六邊形等填充圖案是十分合適的,但是請(qǐng)注意,與線條相比,這些圖案可能會(huì)增加25%的打印時(shí)間。

●網(wǎng)格:一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的二維圖案,網(wǎng)格的主要優(yōu)勢(shì)是打印速度快,因?yàn)樗侨咧凶畈粡?fù)雜的。

●三角形: 由三角形組成的二維網(wǎng)格,這種圖案能夠承受較大的垂直載荷,十分適具有薄的矩形組件的零件。

●三六邊形:此2D圖案生成散布有三角形的六邊形。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是六邊形是一種有效的形狀,相對(duì)于其材料使用而言,它們是一種強(qiáng)大的填充圖案。除此之外,三六邊形填充物的每側(cè)連接線都較短,從而減少了因打印冷卻不良而導(dǎo)致的彎曲問題。

△填充密度為 20% 的三角形(左)和三六邊形(右)

功能性 3D 打印

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△一些需要承受壓力的3D打印件

典型填充密度: >50%

一些功能性3D打印件,例如上圖種的支架,需要在多個(gè)方向上具有高強(qiáng)度。填充模式包括立方體、精密立方體、四分之一立方體、八位位組和螺旋形。

●立方體: 這是堆疊和傾斜立方體的 3D 圖案。

●精密立方: 立方的這種變體使用較少的材料。

●八角形: 也稱為四面體填充,這種圖案堆疊金字塔形狀。

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△填充密度為 50% 的立方體(左)和八位體(右)填充圖案

●四分之一立方體: 此 3D 圖案類似于八位組,但金字塔形狀的一半相對(duì)于另一半移動(dòng)。

●螺旋形:一種特別獨(dú)特的 3D 圖案,給人以波浪的印象。這導(dǎo)致印刷品在多個(gè)方向上同樣堅(jiān)固。因此,對(duì)于將以多種方式受力的零件,這種填充圖案是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

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△填充密度為 50% 的四分之一立方體(左)和螺旋體(右)

上述結(jié)構(gòu)的造型很有藝術(shù)性,也用于較低的填充密度。一些制造商喜歡這種效果,如下圖這個(gè)螺旋花瓶。

柔軟的3D打印結(jié)構(gòu)

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△有些填充物比其他填充物更靈活

典型填充密度: 0-100%

柔性絲材應(yīng)使用柔性填充圖案以保持打印品的柔性。同心、十字和三維十字等填充圖案最適合這些類型的打印品。

●同心:這種二維圖案在打印品內(nèi)部產(chǎn)生“波浪”的形狀,能夠模擬外壁的形狀。這就像一塊石頭扔進(jìn)水里,在水面上激起同心圓波紋。

●十字:另一種二維圖案,十字,產(chǎn)生看起來非?;ㄉ诘氖值木W(wǎng)格。十字架之間的空間允許彎曲和扭曲。

●三維十字:此 3D 圖案類似于十字,但隨著印刷品的增長(zhǎng),線條會(huì)傾斜移動(dòng)。最終結(jié)果是一個(gè)剛度稍高的物體。

△填充密度為 25% 的同心(左)和十字(右)

提示與技巧

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△填充方向通常設(shè)置為 45

選擇填充圖案很重要,除了填充結(jié)構(gòu)外,Cura還需調(diào)整以下打印設(shè)置:

填充線方向

一個(gè)經(jīng)常被忽視的填充設(shè)置是填充線方向。默認(rèn)設(shè)置為 45°,以便 X Y 電機(jī)一起工作以最大速度打印填充。然而,以不同的角度定向填充可能是有利的,以便為零件提供最大的強(qiáng)度或柔韌性。

漸變填充

填充在整個(gè)零件內(nèi)部未必是均勻的,有時(shí)用戶可以選擇漸變填充,可以使得在零件周邊具有更大的填充密度。一般來說,應(yīng)該在使用較少材料的同時(shí)保持零件的有效強(qiáng)度和剛度。此設(shè)置不是 Cura 自帶的,但可以使用 Python 腳本進(jìn)行簡(jiǎn)單編譯。

多重填充密度

自第四版 Cura 發(fā)布以來,就可以設(shè)置“每個(gè)模型”的填充密度??梢栽谕淮蛴∑分惺褂枚喾N的填充密度和類型。憑借為每個(gè)導(dǎo)入模型設(shè)置自定義設(shè)置的能力可以在特定領(lǐng)域提供專業(yè)支持。

壁的設(shè)置

壁是指頂層和底層,它會(huì)影響所需的材料量和打印時(shí)間,還會(huì)影響模型的強(qiáng)度和重量。與填充相關(guān),可以更改的設(shè)置是Skin Overlap Percentage”,此選項(xiàng)控制墻壁與內(nèi)部填充的重疊程度,該百分比越高,填充物就越貼附在打印件的外部上,從而提高模型的強(qiáng)度。

快速打印

有幾種方法可以通過調(diào)整填充設(shè)置來實(shí)現(xiàn)更快的打印時(shí)間。例如,填充線通常以45度角打印,這允許XY向電機(jī)達(dá)到最大速度。填充層厚度也可以影響速度,用戶可以將此設(shè)置調(diào)整為更厚的層高度以減少時(shí)間。還可以嘗試使用圖案來減少打印時(shí)間。通常,閃電圖案的打印速度最快。如果打印不需要機(jī)械穩(wěn)定性,可以使用此圖案來提高25%的速度。同心、網(wǎng)格和三角形也是相對(duì)簡(jiǎn)單的圖案,也可以快速打印。