3D-printinfill: de basis voor perfecte resultaten

n tegenstelling tot de meeste andere productietechnieken kunt u met 3D-printen twee elkaar uitsluitende maar toch uitgebreide aspecten van een onderdeel zorgvuldig controleren: buitenmuren (of omtrekken) en vulling. De wanden, hoe dik ze ook zijn, vormen de buitenste delen van het onderdeel, terwijl de vulling bestaat uit alles wat zich daarin bevindt.

Hoewel je enige controle hebt over de muren, is de vulling veel dynamischer en speelt deze een grote rol in de sterkte, het gewicht, de structuur, het drijfvermogen van een onderdeel en meer. Bij 3D-printen heeft u de mogelijkheid om een ​​aantal parameters te definiëren die bepalen welk type vulling voor een onderdeel wordt gebruikt. Deze parameters worden ingesteld in een slicerprogramma  wanneer een 3D-model wordt vertaald in G-code-instructies .

De belangrijkste van deze parameters vallen onder twee fundamentele aspecten: infill-dichtheid en infill-patroon. In dit artikel bespreken we de basisprincipes van deze aspecten, evenals enkele van de meest voorkomende dichtheden en patronen. Maar laten we eerst eens kijken naar “infill” bij een aantal verschillende productiemethoden om beter te begrijpen hoe het werkt bij 3D-printen.

3D-printen versus traditionele productie

Infill bij 3D-printen verschilt van andere, meer traditionele productiemethoden. Laten we spuitgieten en subtractieve productie als voorbeelden gebruiken.

Bij spuitgieten wordt materiaal in een mal geplaatst om een ​​onderdeel te vormen. Zoals je je kunt voorstellen, is het vanwege de aard van deze methode eenvoudigweg niet mogelijk om interne structuren te controleren. Hierdoor zijn spuitgietonderdelen massief of hol (bij gasspuitgieten), zonder daar tussenin.

Bij subtractieve productie, zoals CNC-bewerking , wordt materiaal uit een groter stuk materiaal gesneden. Net als bij spuitgieten kan de vulling niet worden aangepast, waardoor het interieur volledig solide is.

Ondertussen omvat 3D-printen de selectieve extrusie van materiaal in vrijwel elk patroon. Laten we de verschillende opties voor infilldichtheid en patroon eens nader bekijken.

Dikte

Infill-dichtheid is de “volheid” van de binnenkant van een onderdeel. Bij snijmachines wordt dit meestal gedefinieerd als een percentage tussen 0 en 100, waarbij 0% een onderdeel hol maakt en 100% volledig massief. Zoals u zich kunt voorstellen, heeft dit grote invloed op het gewicht van een onderdeel: hoe voller de binnenkant van een onderdeel, hoe zwaarder het is.

Naast het gewicht worden ook de printtijd, het materiaalverbruik en het drijfvermogen beïnvloed door de infilldichtheid. Dat geldt ook voor sterkte , zij het in combinatie met vele andere elementen zoals materiaal en laaghoogte .

Sommige slicers maken ook verschillende infill-dichtheden binnen hetzelfde onderdeel mogelijk. Dit staat bekend als variabele infill-dichtheid, en met specifieke instellingen in het slice-programma kunt u eventuele gewenste dichtheidswijzigingen voor verschillende delen van uw afdruk opgeven. We komen later op dit onderwerp terug.

Welk percentage moet ik gebruiken?

Voor de meeste “standaard” prints die niet supersterk hoeven te zijn, adviseren wij een infilldichtheid van 15-50% te gebruiken. Dit dichtheidspercentage houdt de printtijd laag, bespaart materiaal en zorgt voor een goede sterkte.

Functionele prints moeten sterk zijn. Daarom raden wij aan een hogere vulling van meer dan 50% te gebruiken (wees niet bang om tot 100% te gaan). De instelling is erg hoog, dus wees voorbereid om langer te wachten op de afdruk en meer filament te verbruiken. De uitbetaling zal een sterker en zwaarder deel zijn.

Voor kleine beeldjes die alleen bedoeld zijn voor weergavedoeleinden, kunt u overwegen een opvuldichtheid van 0-15% te gebruiken. Deze waarde resulteert in een redelijk snelle afdruk en verbruikt helemaal niet zoveel filament. Modellen die met dit dichtheidsbereik zijn afgedrukt, zijn licht van gewicht en relatief zwak.

Ten slotte zou elke infill-dichtheid moeten werken voor onderdelen die zijn geprint in flexibele materialen zoals TPU . Houd er echter rekening mee dat hoe hoger de infill-dichtheid, hoe minder flexibel het onderdeel zal zijn.

AANBEVOLEN INSTELLINGEN

• Standaardafdrukken:  15-50%
• Functionele afdrukken:  50-100%
• Beeldjes- en modelafdrukken:  0-15%
• Flexibele afdrukken: 1-100%

Patroon

Invulpatroon is de structuur en vorm van het materiaal in een onderdeel. Invulpatronen variëren van eenvoudige lijnen tot complexere geometrische vormen en kunnen de sterkte, het gewicht, de printtijd en zelfs de flexibiliteit van een onderdeel beïnvloeden.

In de verschillende slicerprogramma's zijn er veel verschillende infill-patronen. Cura (5.6) heeft bijvoorbeeld een selectie van 14 verschillende infill-patronen , terwijl PrusaSlicer (2.7) er 17 heeft  en Simplify3D 6 .

Net als de infilldichtheid zijn sommige patronen voor bepaalde functies beter dan andere. Verschillende invulpatronen hebben verschillende kenmerken, zoals complexiteit, materiaalefficiëntie en het aantal vlakken van verbindingssterkte (2D of 3D). Het gyroïdepatroon verbindt bijvoorbeeld muren in drie dimensies, wat voor meer algehele sterkte zorgt. Als gevolg hiervan neemt dit patroon meer materiaal in beslag in vergelijking met patronen zoals lijnen.

Welk patroon moet ik kiezen?

Zorg ervoor dat u een patroon kiest dat past bij de behoeften van uw onderdeel. Hier is een overzicht van 14 veelvoorkomende opties:

• Lijnen: Het lijneninvulpatroon bevat lijnen die in één richting zijn afgedrukt (langs de X- of Y-as) op elke andere laag. Dit infill-patroon biedt sterkte in slechts twee dimensies en is goed voor snelle prints. Het lijnenpatroon gebruikt niet te veel materiaal en houdt het gewicht vrij licht.
• Honingraat: Zoals de naam al aangeeft, produceert dit patroon een honingraatstructuur , wat zorgt voor een aantrekkelijk uiterlijk. Dit infill-patroon is zeer geschikt voor semi-snelle prints die een gemiddelde sterkte vereisen en niet te veel materiaal mogen verbruiken.
• Raster: Het rasterinvulpatroon lijkt qua uiterlijk op lijnen, maar in plaats van lijnen in één richting op elke andere laag, bevat het tweedimensionale lijnen op elke laag, met twee keer zoveel ruimte tussen de lijnen. Dit patroon biedt tweedimensionale sterkte, maar is nog steeds enigszins sterk. Het rasterpatroon verbruikt een gemiddelde hoeveelheid materiaal en neemt een gemiddelde tijd in beslag.
• Driehoeken: Het driehoekenpatroon ziet eruit als overlappende driehoekige lijnen, met lijnen die in drie richtingen gaan in het XY-vlak. Dit invulpatroon biedt slechts sterkte in twee dimensies, maar werkt nog steeds voor afdrukken die sterk moeten zijn.
• • Tri-hexagon: Het tri-hexagon-invulpatroon bevat een assortiment lijnen die in drie richtingen gaan in het XY-vlak, waardoor zeshoekige patronen ontstaan ​​met driehoeken ertussen. Dit infill-patroon biedt sterkte in twee dimensies en is behoorlijk geschikt voor sterke prints.
  • Kubisch: Dit patroon produceert gestapelde kubussen, maar omdat ze 45 graden gekanteld zijn rond zowel de X- als de Y-as, lijken ze op elk moment meer op driehoeken. Het patroon biedt uitstekende sterkte in drie dimensies, maar kost iets meer materiaal en tijd dan andere.
  • Kubieke onderverdeling: dit patroon is in wezen de slimme versie van het kubieke patroon en gebruikt minder materiaal om de printsnelheid te verhogen zonder dat dit ten koste gaat van de sterkte. Het patroon bestaat uit kubussen van verschillende afmetingen, waarbij de grotere kubussen in het midden van het onderdeel zijn geplaatst. Houd er rekening mee dat kubieke onderverdeling langere snijtijden kan hebben.
  • Quarter Cubic: Dit patroon bevat tetraëders en afgeknotte tetraëders, wat resulteert in een sterke vulling die zware lasten goed kan verdelen. Het is geschikt voor dunne functionele onderdelen die sterkte vereisen. De oppervlaktekwaliteit kan echter worden beïnvloed door de overbruggingsafstand.

• Bliksem: Als een van Cura's nieuwste infill-patronen bestaat bliksem in wezen uit interne ondersteuningsstructuren die de bovenkant van de constructie ondersteunen. Het werkt door interne gebieden te identificeren die extra sterkte nodig hebben om de print succesvol te laten zijn. Het resulterende boomachtige patroon lijkt op bliksemschichten. Dit patroon leidt tot snelle prints waarbij geen materiaal wordt verspild, en is het meest geschikt voor prototypes of decoratieve prints waarvoor geen kracht nodig is.
• Kruis: Dit infill-patroon is ideaal voor flexibele filamenten en creëert kruisen in het onderdeel. Omdat er geen lange, rechte lijnen zijn, is buigen en draaien mogelijk. De sterkte langs de Z-as maakt hem echter verticaal minder flexibel.
• Cross 3D: Om de verticale sterkte in het kruispatroon weg te werken, kiest u voor kruis 3D. De 3D-versie is zacht en flexibel in alle richtingen. Het enige nadeel is dat het langere snijtijden heeft. Net als bij kruis is terugtrekking niet vereist, wat het sijpelen van flexibele filamenten voorkomt.
• • Gyroid: Het gyroïde-invulpatroon ziet er misschien het coolst uit, maar het is ook misschien wel een van de sterkste invulpatronen. Het omvat concave onregelmatige krommingen die uiteindelijk elkaar kruisen. Het is bedoeld om een ​​optimale balans te vinden tussen sterkte, materiaal en printtijd.
  • Octet: Het octet-invulpatroon is vergelijkbaar met het kubieke patroon, maar in plaats van toenemende schuine driehoeken wordt het patroon gematerialiseerd als vierkanten. Dit infill-patroon is een driedimensionaal patroon dat er niet alleen geweldig uitziet, maar ook handig is voor onderdelen die stevigheid vereisen.
  • Concentrisch: Het concentrische invulpatroon is een interne structuur die bestaat uit concentrische lijnen die overeenkomen met de omtrek van een onderdeel (dwz de omtrekken). Dit ontwerp is snel te printen, goed voor flexibele onderdelen en verbruikt aanzienlijk minder materiaal dan de meeste patronen.
  AANBEVOLEN INSTELLINGEN
  • Standaardafdrukken:  raster, driehoeken of honingraat
  • Functionele prints:  kubusvormig, gyroid, octet, tri-hexagon, kubieke onderverdeling of kwart kubiek
  • Beeldjes- en modelafdrukken:  lijnen, bliksem
  • Flexibele prints: concentrisch, kruislings of kruislings 3D

Andere Overwegingen