Die Füllung kann großartig aussehen, für zusätzliche Stabilität sorgen und Geld sparen – letztendlich hängt jedoch alles vom jeweiligen Druck ab. Finden Sie die besten Füllmuster in Cura für Ihre Anwendung.

Häufig wird 3D-Druck zur Herstellung von Teilen verwendet, die ebenso gut mit einer anderen Fertigungstechnik hergestellt werden könnten. Auch wenn die Endergebnisse gleich aussehen können, kommt es darauf an, was sich im Inneren befindet.

Einer der größten Vorteile des 3D-Drucks ist die Möglichkeit, die inneren Hohlräume eines Teils zu verändern. Aus fertigungstechnischer Sicht benötigt ein hohles Teil weniger Zeit und Material als ein massives, wodurch sich das Gesamtgewicht und die Kosten reduzieren!

Das Innere eines 3D-Drucks wird als Füllung bezeichnet und kann entsprechend der Dichte eingestellt werden – 0 % bedeutet ein hohles Objekt, während 100 % massiv ist. Außerdem lässt sich die Art und Weise, wie das Teil gefüllt wird, anhand einer großen Auswahl an Mustern anpassen, wobei jedes seine eigenen einzigartigen Vorteile und Stärken besitzt.

In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf verschiedene Füllmuster, insbesondere auf diejenigen, die in Cura verfügbar sind. Legen wir los!

Welche Füllmuster gibt es?

Füllmuster können die Festigkeit und Flexibilität eines Drucks maßgeblich beeinflussen.

In der neuesten Version von Cura (5.6) stehen 14 Arten von Füllmustern zur Verfügung. Wir haben sie danach unterteilt, wofür sie sich am besten eignen:

• Modelle und Figuren: Lightning, lines, zig-zag
• „Standard“-3D-Drucke: Grid, triangles, tri-hexagon
• Funktionale 3D-Drucke: Cubic, cubic subdivision, octet, quarter cubic, gyroid
• Flexible 3D-Drucke: Concentric, cross, cross 3D

Seit Cura 5.5 ist es außerdem möglich, eigene gekachelte Füllmuster zu erzeugen, darunter Honeycomb. Dazu später mehr. Zunächst konzentrieren wir uns auf die standardmäßig in Cura verfügbaren Füllmuster.

Modelle und Figuren

Schiffsmodelle und Figuren sind ideale Kandidaten für Füllungen mit geringer Festigkeit.

Typische Fülldichte: 0–15 %

Wenn sie als Modelle oder Figuren verwendet werden, benötigen 3D-Drucke normalerweise keine große Festigkeit. Das liegt daran, dass sie keiner groben Handhabung oder starken Belastung ausgesetzt sind. Auch einige Prototypen sind gute Kandidaten, sofern sie nicht auf Festigkeit getestet werden.

Für solche Anwendungen eignen sich die Füllmuster Lightning, Lines oder Zig-zag am besten, da sie die schnellsten Drucke ermöglichen.

Lines (links), Lines mit aktivierter Option „Connect Infill Lines“ (Mitte) und Zig-zag (rechts) (Quelle: All3DP).

Lines: Ähnlich dem „rectilinear“-Muster in anderen Slicern handelt es sich um ein 2D-Gitter aus nicht verbundenen Linien, bei dem in jeder Schicht nur eine Achse gedruckt wird.

Zig-zag: Im Grunde identisch mit der Lines-Füllung, wenn die Option „Connect Infill Lines“ ausgewählt ist. Mit anderen Worten handelt es sich um eine einzige durchgehende Linie pro Schicht, die in eine Richtung ausgerichtet ist.

Lightning: Eine innere Stützstruktur, die an Blitze erinnert und zum oberen Bereich des Modells hin dichter wird. Da dieses Füllmuster den Materialverbrauch um bis zu 90 % senken kann, eignet es sich hervorragend für schnelle Drucke.

Standard-3D-Drucke

Diese Verbesserungen für den Anet A8-Drucker können ein mittleres Maß an Festigkeit erfordern (Quelle: papinist via Thingiverse).

Typische Fülldichte: 15–50%

Für 3D-Drucke, die einer geringen Belastung ausgesetzt sind, wie etwa die oben abgebildete Filamentführung, sollte eine Füllung mit mittlerer Festigkeit verwendet werden. Auch Füllmuster wie Grid, Triangles oder Tri-hexagon sind geeignet. Beachten Sie jedoch, dass diese Muster die Druckzeit im Vergleich zu Lines um bis zu 25 % erhöhen können.

• Grid: Ein selbstverständliches 2D-Muster. Der Hauptvorteil von Grid ist die Druckgeschwindigkeit, da es das einfachste dieser drei Muster ist.

• Triangles: Ein aus Dreiecken bestehendes 2D-Gitter. Dieses Muster bietet einen inhärenten Festigkeitsvorteil, wenn eine Belastung senkrecht auf die Vorderseite des Objekts ausgeübt wird. Es eignet sich außerdem für Teile mit dünnen, rechteckigen Komponenten, die sonst möglicherweise nur sehr wenige Verbindungen zwischen den Wänden hätten.

Triangles (links) und tri-hexagons (rechts) mit 20 % Fülldichte (Quelle: All3DP)

• Tri-hexagon: Dieses 2D-Muster erzeugt Sechsecke, die von Dreiecken durchsetzt sind. Einer seiner Vorteile besteht darin, dass Sechsecke eine effiziente Form sind, wodurch es gemessen am Materialverbrauch ein starkes Füllmuster darstellt. Außerdem weist Tri-hexagon kürzere Linien auf, die die einzelnen Seiten verbinden, was zu weniger Problemen mit Durchhängen aufgrund einer unzureichenden Kühlung des Drucks führt.

Funktionale 3D-Drucke

Manche 3D-Drucke sind einfach dafür vorgesehen, eine Belastung zu tragen (Quelle: Jaenne via Cults).

Typische Fülldichte: >50%

Funktionale 3D-Drucke, wie der oben abgebildete Regalhalter, erfordern eine hohe Festigkeit in mehreren Richtungen. Zu den besonders geeigneten Füllmustern gehören Cubic, Cubic subdivision, Quarter cubic, Octet und Gyroid.

• Cubic: Dieses Muster ist ein 3D-Gitter aus geneigten und übereinandergestapelten Würfeln.

• Cubic subdivision: Diese Variante von Cubic verwendet weniger Material.

• Octet: Dieses auch als tetraedrische Füllung bekannte Muster besteht aus pyramidenförmigen Formen.

Cubic (links) und octet (rechts) als Füllmuster mit 50 % Fülldichte (Quelle: All3DP)

• Quarter cubic: Dieses 3D-Muster ähnelt Octet, allerdings ist die Hälfte der pyramidenförmigen Formen gegenüber der anderen Hälfte versetzt.

• Gyroid: Ein besonders einzigartiges 3D-Muster, das den Eindruck von Wellen erzeugt. Das Ergebnis ist ein Druck, der in mehreren Richtungen gleichermaßen stabil ist. Dieses Füllmuster ist daher eine hervorragende Wahl für ein Teil, das Belastungen aus mehreren Richtungen ausgesetzt sein wird.

Quarter cubic (links) und gyroid (rechts) als Füllmuster mit 50 % Fülldichte (Quelle: All3DP)

Häufig werden die oben genannten Muster aufgrund ihres ästhetischen Erscheinungsbilds auch für geringere Fülldichten verwendet. Einige Kreative mögen diesen Effekt, wie bei dieser Vase mit Gyroid-Muster zu sehen ist.

Flexible 3D-Drucke

Einige Füllmuster sind ibler als andere (Quelle: Creative Tools via Flickr).

Typische Fülldichte: 0–100 % (je nachdem, wie „biegsam“ Ihr Druck sein soll)

Für ible Filamente verwendet man am besten ible Füllmuster, die den biegsamen Charakter des Drucks bewahren. Füllmuster wie concentric, cross und cross 3D eignen sich am besten für diese Art von Drucken.

• Concentric: Dieses 2D-Muster erzeugt „Wellen“ im Inneren des Drucks, die die Formen der Außenwände nachahmen. Es erinnert an einen ins Wasser geworfenen Stein, der konzentrische kreisförmige Wellen an der Oberfläche erzeugt.

Concentric (links) und cross (rechts) als Füllmuster mit 25 % Fülldichte (Quelle: All3DP)

• Cross: Ein weiteres 2D-Muster. cross erzeugt Gitter, die wie stark verzierte Kreuze aussehen. Zwischen den Kreuzen entstehen Zwischenräume, die Biegen und Verdrehen ermöglichen.

• Cross 3D: Dieses 3D-Muster ähnelt dem Muster cross, aber während der Druck wächst, bewegen sich die Linien in einem Winkel. Das Ergebnis ist ein Objekt mit etwas höherer Steifigkeit.

Tipps und Tricks

Die Füllrichtung ist normalerweise auf 45 Grad eingestellt (Quelle: Benjamin Goldschmidt via All3DP)

Die Wahl des Füllmusters ist wichtig, aber nicht alles. Hier sind einige Dinge, die Sie bei der nächsten Einstellung Ihrer Druckparameter in Cura bedenken sollten.

Richtung der Fülllinien

Eine häufig übersehene Einstellung bei der Füllung ist die Richtung der Fülllinien. Der Standardwert ist auf 45° eingestellt, damit beide Motoren X und Y gleichzeitig arbeiten und die Füllung mit maximaler Geschwindigkeit drucken. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Füllung in einem anderen Winkel auszurichten, um eine maximale Festigkeit oder Flexibilität des Teils zu gewährleisten, insbesondere wenn dessen Wände diagonal ausgerichtet sind.

Gradientenfüllung vs. schrittweise Füllung

Wenn wir über Füllung sprechen, nehmen wir sie normalerweise als einheitlich im Inneren des Teils wahr. Das ist jedoch nicht unbedingt die einzige Möglichkeit.

Mit einer Gradientenfüllung können Sie den Druck so einstellen, dass die Fülldichte zu den Rändern hin zunimmt. Allgemein gesagt sollte dieser Ansatz die effektive Festigkeit und Steifigkeit des Teils erhalten und dabei weniger Material verbrauchen. Diese Einstellung ist in Cura nicht nativ verfügbar, lässt sich aber relativ einfach mithilfe eines Python-Skripts umsetzen.

Die Gradientenfüllung sollte nicht mit der schrittweisen Füllung, verwechselt werden, die etwas Ähnliches tut, jedoch in Richtung der Z-Achse statt der X- und Y-Achse. Mit anderen Worten macht diese Einstellung die Füllung näher an der Oberseite des Drucks dichter als an der Unterseite. Dadurch können Material und Zeit eingespart werden, während am Ende, das Steifigkeit benötigt, weiterhin ausreichende Festigkeit vorhanden ist.

Benutzerdefinierte gekachelte Füllung

Von oben links nach unten rechts: Fill, Cura, Continuous und Normal Honeycomb (Quelle: Ultimaker via GitHub)

Wer die in anderen Slicern wie PrusaSlicer beliebte Füllung Honeycomb vermisst, kann aufatmen, denn Cura hat die Plugin-Möglichkeiten in Version 5.5 verbessert. Dieses Update ermöglichte die Erstellung eines Plugins für benutzerdefinierte Füllmuster. Obwohl es sich noch in der Betaphase befindet, wird CuraEngine Tiled Infill Generation mit voreingestellten Füllmustern wie Honeycomb und dem Cura-Logo geliefert.

Benutzer haben außerdem die Möglichkeit, ihre eigenen benutzerdefinierten Füllmuster direkt zum Dropdown-Menü Infill Pattern hinzuzufügen. Die Muster müssen im *.wtk-Format vorliegen und werden gekachelt angeordnet, sodass Sie derzeit noch keine vollständige Gestaltungsfreiheit haben. Dennoch eignet sich dies hervorragend zum Erstellen ästhetischer Füllungen, etwa für eine Seifenschale, wie das Beispiel eines 3D-Drucks zeigt. Weitere Informationen finden Sie in der Dokumentation auf GitHub.

Mehrere Fülldichten
Seit der Veröffentlichung der vierten Version von Cura ist es möglich, die „Fülldichte pro Modell“ einzustellen. Diese Funktion ist praktisch, da sie interessante Designtricks ermöglicht, darunter die Verwendung mehrerer Fülldichten und -typen im selben Druck, wie das folgende Video zeigt. Auch wenn es für diese Art von flacher, untersetzerähnlicher Füllung möglicherweise nicht viele konkrete Anwendungen gibt, glauben wir, dass diese Methode mehr Möglichkeiten bietet, als zunächst vermutet.

Mit der Möglichkeit, benutzerdefinierte Einstellungen für jedes importierte Modell festzulegen, und der Fähigkeit von Cura, diese problemlos miteinander zu verbinden, scheint es möglich zu sein, in bestimmten Bereichen spezielle Unterstützung bereitzustellen, auch wenn dies zweifellos viel manuelle Arbeit bedeutet.

Skin
Skin bezeichnet die oberen und unteren Schichten des Modells. Sie kann die Materialmenge und Druckzeit, aber auch die Festigkeit und das Gewicht des Modells beeinflussen. Bei der Füllung kann unter anderem die Einstellung „Skin Overlap Percentage“ (Prozentsatz der Überlappung der Außenhaut) geändert werden. Sie steuert, wie stark sich die Wände mit der inneren Füllung überschneiden. Je höher dieser Prozentsatz ist, desto stärker wird die Füllung mit der Außenfläche des Modells verbunden, wodurch das Modell weniger spröde wird.

Wenn Sie die Anzahl der Schichten reduzieren möchten, können Sie „Skin Removal Width“ (Breite der Außenhautentfernung) ändern. Der eingegebene Wert wird von der oberen und unteren Schicht entfernt. Dies ist beispielsweise bei schlankeren oder kleineren Designs bzw. Details sichtbar, bei denen keine Festigkeit erforderlich ist.

Schnelle Drucke
Es gibt mehrere Möglichkeiten, durch Anpassung der Füllungseinstellungen schneller zu drucken. Beispielsweise werden Fülllinien normalerweise in einem Winkel von 45 Grad gedruckt, wodurch die X- und Y-Motoren ihre maximale Geschwindigkeit erreichen können. Auch die Schichthöhe der Füllung kann die Druckgeschwindigkeit beeinflussen. Sie können diese Einstellung auf eine größere Schichthöhe anpassen und so die Druckzeit verkürzen.

Sie können auch mit verschiedenen Mustern experimentieren, um die Druckzeit zu verkürzen. Allgemein führt das Muster „Lightning“ (Blitz) zu den schnellsten Drucken. Wenn Ihr Druck keine mechanische Stabilität erfordert, können Sie dieses Muster verwenden und einen um 25 % schnelleren Druck erzielen. Muster wie Concentric, Grid und Triangles sind ebenfalls relativ einfach und sollten zu schnellen Drucken führen.