Wypełnienie może świetnie wyglądać, zwiększać wytrzymałość i oszczędzać pieniądze, ale wszystko zależy od konkretnego wydruku. Znajdź najlepsze wzory wypełnienia w Cura dla swojej aplikacji.

Druk 3D jest często wykorzystywany do produkcji części, które równie dobrze mogłyby zostać wykonane inną techniką produkcji. Choć końcowe rezultaty mogą wyglądać tak samo, znaczenie ma to, co znajduje się wewnątrz.

Jedną z głównych zalet druku 3D jest możliwość zmiany wewnętrznych pustych przestrzeni w części. Z punktu widzenia produkcji część pusta w środku wymaga mniej czasu i materiału niż część pełna, co zmniejsza całkowitą masę i koszty!

Wnętrze wydruku 3D nazywa się wypełnieniem i można je ustawić według gęstości – 0% oznacza pusty obiekt, a 100% obiekt pełny. Ponadto sposób wypełnienia części można dostosować za pomocą szerokiej gamy wzorów, z których każdy ma własne, unikalne zalety i mocne strony.

W tym artykule przyjrzymy się różnym wzorom wypełnienia, a konkretnie tym dostępnym w Cura. Zaczynajmy!

Jakie wzory wypełnienia są dostępne?

Wzory wypełnienia mogą znacząco wpływać na wytrzymałość i elastyczność wydruku.

W najnowszej wersji Cura (5.6) dostępnych jest 14 rodzajów wzorów wypełnienia. Podzieliliśmy je według tego, do czego najlepiej się nadają:

• Modele i figurki: Lightning, lines, zig-zag
• „Standardowe” wydruki 3D: Grid, triangles, tri-hexagon
• Funkcjonalne wydruki 3D: Cubic, cubic subdivision, octet, quarter cubic, gyroid
• Elastyczne wydruki 3D: Concentric, cross, cross 3D

Od wersji Cura 5.5 możliwe jest także generowanie własnych wzorów wypełnienia układanych kafelkowo, w tym Honeycomb, ale o tym więcej później. Na razie skupimy się na standardowych wzorach wypełnienia dostępnych w Cura.

Modele i figurki

Modele statków i figurki są idealnymi kandydatami do wypełnienia o niskiej wytrzymałości.

Typowa gęstość wypełnienia: 0-15 %

Jeśli wydruki 3D są używane jako modele lub figurki, zazwyczaj nie wymagają dużej wytrzymałości. Wynika to z faktu, że nie są narażone na intensywne użytkowanie ani obciążenia. Niektóre prototypy również dobrze nadają się do takiego wypełnienia, o ile nie są testowane pod kątem wytrzymałości.

W przypadku takich zastosowań najlepsze są wzory wypełnienia Lightning, Lines lub Zig-zag, ponieważ zapewniają najszybszy druk.

Lines (po lewej), lines z wybraną opcją „Connect Infill Lines” (pośrodku) i zig-zag (po prawej) (Źródło: All3DP).

Lines: Podobny do wzoru „rectilinear” w innych slicerach, jest dwuwymiarową siatką niepołączonych linii, w której w każdej warstwie drukowana jest tylko jedna oś.

Zig-zag: Zasadniczo taki sam jak wzór wypełnienia Lines, gdy wybrana jest opcja „Connect Infill Lines”. Innymi słowy, jest to jedna ciągła linia na warstwę, zorientowana w jednym kierunku.

Lightning: Wewnętrzna struktura podporowa przypominająca błyskawice, która zagęszcza się w kierunku wierzchołka modelu. Ponieważ może zmniejszyć zużycie materiału nawet o 90%, ten wzór wypełnienia świetnie nadaje się do szybkich wydruków.

Standardowe wydruki 3D

Te ulepszenia drukarki Anet A8 mogą wymagać średniego poziomu wytrzymałości (Źródło: papinist via Thingiverse).

Typowa gęstość wypełnienia: 15-50%

W przypadku wydruków 3D narażonych na niewielkie obciążenia, takich jak pokazany powyżej prowadnik filamentu, należy użyć wypełnienia o średniej wytrzymałości. Odpowiednie są również wzory wypełnienia, takie jak grid, triangles lub tri-hexagon. Należy jednak pamiętać, że wzory te mogą zwiększyć czas druku nawet o 25% w porównaniu z Lines.

• Grid: Oczywisty wzór 2D; główną zaletą grid jest szybkość druku, ponieważ jest on najprostszy z tych trzech wzorów.

• Triangles: Dwuwymiarowa siatka złożona z trójkątów; wzór ten zapewnia naturalną przewagę pod względem wytrzymałości, gdy na obiekt działa obciążenie prostopadłe do jego przedniej powierzchni. Ma również sens w przypadku części z cienkimi, prostokątnymi elementami, które w przeciwnym razie mogłyby mieć bardzo niewiele połączeń między ścianami.

Triangles (po lewej) i tri-hexagon (po prawej) wzory z 20% gęstością wypełnienia (Źródło: All3DP)

• Tri-hexagon: Ten dwuwymiarowy wzór tworzy sześciokąty przeplatane trójkątami. Jedną z jego zalet jest to, że sześciokąty są efektywnym kształtem, dzięki czemu wzór zapewnia dużą wytrzymałość przy zużyciu materiału. Ponadto wypełnienie tri-hexagon ma krótsze linie łączące każdy bok, co prowadzi do mniejszej liczby problemów z uginaniem z powodu niewystarczającego chłodzenia wydruku.

Funkcjonalne wydruki 3D

Niektóre wydruki 3D są po prostu przeznaczone do przenoszenia obciążeń (Źródło: Jaenne via Cults).

Typowa gęstość wypełnienia: >50%

Funkcjonalne wydruki 3D, takie jak pokazany powyżej wspornik półki, wymagają dużej wytrzymałości w wielu kierunkach. Do najlepszych wzorów wypełnienia należą cubic, cubic subdivision, quarter cubic, octet i gyroid.

• Cubic: Ten wzór jest trójwymiarową siatką złożoną z nachylonych i ułożonych w stos sześcianów.

• Cubic subdivision: Ta odmiana cubic wykorzystuje mniej materiału.

• Octet: Znany również jako wypełnienie tetraedryczne, wzór ten tworzy kształty piramidalne.

Cubic (po lewej) i octet (po prawej) wzory wypełnienia z 50% gęstością wypełnienia (Źródło: All3DP)

• Quarter cubic: Ten trójwymiarowy wzór jest podobny do octet, ale połowa kształtów piramidalnych jest przesunięta względem drugiej połowy.

• Gyroid: Wyjątkowo unikalny wzór 3D, który tworzy wrażenie fal. W rezultacie powstaje wydruk równie wytrzymały w wielu kierunkach. Ten wzór wypełnienia jest więc doskonałym wyborem dla części, która będzie narażona na obciążenia z wielu kierunków.

Quarter cubic (po lewej) i gyroid (po prawej) wzory wypełnienia z 50% gęstością wypełnienia (Źródło: All3DP)

Powyższe wzory są często używane również przy niższych gęstościach wypełnienia ze względu na ich estetyczny wygląd. Niektórzy twórcy lubią ten rodzaj efektu, jak pokazano na tym wazonie ze wzorem gyroid.

Elastyczne wydruki 3D

Niektóre wzory wypełnienia są bardziej elastyczne od innych (Źródło: Creative Tools via Flickr).

Typowa gęstość wypełnienia: 0-100% (zależy od tego, jak „giętki” ma być wydruk)

W przypadku elastycznych filamentów najlepiej używać elastycznych wzorów wypełnienia, które zachowają giętkość wydruku. Wzory wypełnienia, takie jak concentric, cross i cross 3D są najbardziej odpowiednie dla tego typu wydruków.

• Concentric: Ten dwuwymiarowy wzór tworzy wewnątrz wydruku „fale”, które odwzorowują kształty zewnętrznych ścian. Przypomina kamień wrzucony do wody, tworzący na powierzchni koncentryczne, okrągłe zmarszczki.

Concentric (po lewej) i cross (po prawej) wzory wypełnienia z 25% gęstością wypełnienia (Źródło: All3DP)

• Cross: Kolejny wzór 2D, cross, tworzy siatki wyglądające jak bardzo ozdobne krzyże. Pomiędzy krzyżami powstają przerwy, które umożliwiają zginanie i skręcanie.

• Cross 3D: Ten trójwymiarowy wzór jest podobny do wzoru cross, ale w miarę wzrostu wydruku linie przesuwają się pod kątem. W rezultacie powstaje obiekt o nieco większej sztywności.

Porady i wskazówki

Kierunek wypełnienia jest zwykle ustawiony na 45 stopni (Źródło: Benjamin Goldschmidt via All3DP)

Wybór wzoru wypełnienia jest ważny, ale to nie wszystko. Oto kilka rzeczy, o których należy pamiętać przy następnym ustawianiu parametrów druku w Cura.

Kierunek linii wypełnienia

Jednym z często pomijanych ustawień wypełnienia jest kierunek jego linii. Wartość domyślna jest ustawiona na 45°, aby oba silniki X i Y pracowały jednocześnie i drukowały wypełnienie z maksymalną prędkością. Korzystne może być jednak zorientowanie wypełnienia pod innym kątem, aby zapewnić maksymalną wytrzymałość lub elastyczność części, szczególnie jeśli jej ściany są ustawione po przekątnej.

Wypełnienie gradientowe a stopniowe

Kiedy mówimy o wypełnieniu, zwykle postrzegamy je jako jednolite wewnątrz części. Nie jest to jednak jedyny sposób.

Za pomocą wypełnienia gradientowego można ustawić druk tak, aby miał większą gęstość wypełnienia w kierunku krawędzi. Ogólnie rzecz biorąc, takie podejście powinno zachować efektywną wytrzymałość i sztywność części przy użyciu mniejszej ilości materiału. To ustawienie nie jest natywnie dostępne w Cura, ale można je stosunkowo łatwo uzyskać za pomocą skryptu Python.

Wypełnienia gradientowego nie należy mylić z wypełnieniem stopniowym, które działa podobnie, ale w kierunku osi Z zamiast osi X i Y. Innymi słowy, ustawienie to sprawia, że wypełnienie jest gęstsze bliżej górnej części wydruku niż jego dolnej części. Może to zaoszczędzić materiał i czas, zapewniając jednocześnie wystarczającą wytrzymałość na końcu, który wymaga sztywności.

Własne wypełnienie kafelkowe

Od lewej u góry do prawej u dołu: Fill, Cura, Continuous i Normal Honeycomb (Źródło: Ultimaker via GitHub)

Ci, którym brakuje wypełnienia Honeycomb, popularnego w innych slicerach, takich jak PrusaSlicer, mogą odetchnąć z ulgą, ponieważ w wersji 5.5 Cura rozszerzyła możliwości wtyczek. Aktualizacja ta umożliwiła stworzenie wtyczki do obsługi własnych wzorów wypełnienia. Mimo że nadal jest w wersji beta, CuraEngine Tiled Infill Generation zawiera fabrycznie ustawione wzory wypełnienia, takie jak Honeycomb i logo Cura.

Użytkownicy mają również możliwość dodania własnych wzorów wypełnienia bezpośrednio do rozwijanego menu Infill Pattern. Wzory muszą być w formacie *.wtk i będą układane kafelkowo, więc na razie nie ma pełnej swobody projektowania. Mimo to jest to świetne rozwiązanie do tworzenia estetycznych wypełnień, takich jak mydelniczka pokazana w przykładzie wydruku 3D. Więcej informacji można znaleźć w dokumentacji na GitHubie.

Wiele gęstości wypełnienia
Od wydania czwartej wersji Cury można ustawić „gęstość wypełnienia dla każdego modelu”. Funkcja ta jest przydatna, ponieważ umożliwia ciekawe triki projektowe, w tym użycie wielu gęstości i typów wypełnienia w jednym wydruku, jak pokazano na poniższym filmie. Choć w przypadku tego rodzaju płaskiego wypełnienia, przypominającego podstawkę, może nie być wielu konkretnych zastosowań, uważamy, że metoda ta kryje w sobie więcej możliwości, niż mogłoby się początkowo wydawać.

Możliwość ustawienia własnych parametrów dla każdego zaimportowanego modelu oraz zdolność Cury do bezproblemowego łączenia ich ze sobą wydają się pozwalać na zapewnienie specjalistycznego wsparcia w konkretnych obszarach, choć z pewnością oznacza to dużo pracy ręcznej.

Skin
Skin oznacza górne i dolne warstwy modelu. Może wpływać na ilość materiału i czas druku, ale także na wytrzymałość i masę modelu. Jeśli chodzi o wypełnienie, jednym z ustawień, które można zmienić, jest „Skin Overlap Percentage” (procent nakładania się warstwy zewnętrznej), który określa, w jakim stopniu ściany nakładają się na wewnętrzne wypełnienie. Im wyższa wartość procentowa, tym bardziej wypełnienie będzie połączone z zewnętrzną powierzchnią modelu, dzięki czemu model stanie się mniej kruchy.

Jeśli chcesz zmniejszyć liczbę warstw, możesz zmienić ustawienie „Skin Removal Width” (szerokość usuwania warstwy zewnętrznej). Wprowadzona wartość zostanie usunięta z górnej i dolnej warstwy. Jest to widoczne na przykład w przypadku smuklejszych lub mniejszych projektów albo detali, w których wytrzymałość nie jest konieczna.

Szybkie wydruki
Istnieje kilka sposobów na przyspieszenie druku poprzez dostosowanie ustawień wypełnienia. Na przykład linie wypełnienia są zwykle drukowane pod kątem 45 stopni, co pozwala silnikom X i Y osiągnąć maksymalną prędkość. Grubość warstwy wypełnienia również może wpływać na szybkość druku. Możesz zmienić to ustawienie na większą wysokość warstwy, skracając czas druku.

Możesz także poeksperymentować z różnymi wzorami, aby skrócić czas druku. Ogólnie rzecz biorąc, wzór „lightning” (błyskawica) zapewnia najszybsze wydruki. Jeśli wydruk nie wymaga stabilności mechanicznej, możesz użyć tego wzoru i uzyskać druk szybszy o 25%. Wzory takie jak koncentryczny, grid i triangles są również stosunkowo proste i powinny pozwolić na szybkie wydruki.