Заповнення може чудово виглядати, додавати міцності та заощаджувати кошти, але все залежить від конкретного друку. Знайдіть найкращі шаблони заповнення в Cura для вашого застосування.

3D-друк часто використовують для виготовлення деталей, які так само добре можна було б виготовити іншою виробничою технологією. Хоча кінцеві результати можуть виглядати однаково, важливо те, що всередині.

Однією з головних переваг 3D-друку є можливість змінювати внутрішні порожнини деталі. З виробничого погляду порожниста деталь потребує менше часу та матеріалу, ніж суцільна, що зменшує загальну вагу й витрати!

Внутрішня частина 3D-друку називається заповненням, і його можна налаштувати за щільністю: 0 % означає порожнистий об’єкт, тоді як 100 % — суцільний. Крім того, спосіб заповнення деталі можна налаштувати за допомогою широкого спектра шаблонів, кожен із яких має власні унікальні переваги та сильні сторони.

У цій статті ми розглянемо різні шаблони заповнення, зокрема доступні в Cura. Почнімо!

Які існують шаблони заповнення?

Шаблони заповнення можуть суттєво впливати на міцність і гнучкість друку.

В останній версії Cura (5.6) доступні 14 типів шаблонів заповнення. Ми розділили їх за найкращим призначенням:

• Моделі та фігурки: Lightning, lines, zig-zag
• «Стандартні» 3D-друки: Grid, triangles, tri-hexagon
• Функціональні 3D-друки: Cubic, cubic subdivision, octet, quarter cubic, gyroid
• Гнучкі 3D-друки: Concentric, cross, cross 3D

Починаючи з Cura 5.5 також можна генерувати власні плиткові шаблони заповнення, зокрема Honeycomb, але про це докладніше пізніше. А поки зосередимося на стандартних шаблонах заповнення, доступних у Cura.

Моделі та фігурки

Моделі кораблів і фігурки — ідеальні кандидати для заповнення з низькою міцністю.

Типова щільність заповнення: 0-15 %

Якщо 3D-друки використовуються як моделі або фігурки, їм зазвичай не потрібна висока міцність. Це пов’язано з тим, що вони не зазнають сильного поводження чи навантаження. Деякі прототипи також добре підходять, якщо їх не випробовують на міцність.

Для таких застосувань найкраще підходять шаблони заповнення Lightning, Lines або Zig-zag, оскільки вони забезпечують найшвидший друк.

Lines (ліворуч), lines із вибраною опцією «Connect Infill Lines» (посередині) і zig-zag (праворуч) (Джерело: All3DP).

Lines: Подібно до шаблону «rectilinear» в інших слайсерах, це 2D-сітка з непоєднаних ліній, у якій на кожному шарі друкується лише одна вісь.

Zig-zag: По суті те саме, що заповнення Lines, якщо вибрано опцію «Connect Infill Lines». Іншими словами, це одна безперервна лінія на шар, орієнтована в одному напрямку.

Lightning: Внутрішня опорна структура, що нагадує блискавки й ущільнюється ближче до вершини моделі. Оскільки цей шаблон заповнення може зменшити витрати матеріалу до 90 %, він чудово підходить для швидкого друку.

Стандартні 3D-друки

Ці вдосконалення для принтера Anet A8 можуть потребувати середнього рівня міцності (Джерело: papinist через Thingiverse).

Типова щільність заповнення: 15-50%

Для 3D-друків, що зазнають низького навантаження, як-от наведений вище напрямник філаменту, слід використовувати заповнення із середньою міцністю. Також підходять такі шаблони заповнення, як grid, triangles або tri-hexagon. Однак майте на увазі, що порівняно з Lines ці шаблони можуть збільшити час друку до 25 %.

• Grid: Очевидний 2D-шаблон; головною перевагою grid є швидкість друку, оскільки це найпростіший із цих трьох шаблонів.

• Triangles: 2D-сітка, утворена трикутниками. Цей шаблон має природну перевагу в міцності, коли до об’єкта прикладено навантаження перпендикулярно до його передньої поверхні. Він також підходить для деталей із тонкими прямокутними компонентами, які інакше могли б мати дуже мало з’єднань між стінками.

Triangles (ліворуч) і tri-hexagony (праворуч) із 20% щільністю заповнення (Джерело: All3DP)

• Tri-hexagon: Цей 2D-шаблон створює шестикутники, переплетені трикутниками. Однією з переваг є те, що шестикутники — ефективна форма, завдяки чому цей шаблон має високу міцність з огляду на використання матеріалу. Крім того, у tri-hexagon коротші лінії, що з’єднують кожну сторону, тому виникає менше проблем із провисанням через неналежне охолодження друку.

Функціональні 3D-друки

Деякі 3D-друки призначені просто для того, щоб витримувати навантаження (Джерело: Jaenne через Cults).

Типова щільність заповнення: >50%

Функціональні 3D-друки, як-от наведений вище кронштейн для полиці, потребують високої міцності в кількох напрямках. До найкращих шаблонів заповнення належать cubic, cubic subdivision, quarter cubic, octet і gyroid.

• Cubic: Цей шаблон є 3D-сіткою, що складається з нахилених і складених кубів.

• Cubic subdivision: Цей варіант cubic використовує менше матеріалу.

• Octet: Також відомий як тетраедральне заповнення, цей шаблон утворює пірамідальні форми.

Cubic (ліворуч) і octet (праворуч) — шаблони заповнення з 50% щільністю заповнення (Джерело: All3DP)

• Quarter cubic: Цей 3D-шаблон подібний до octet, але половина пірамідальних форм зміщена відносно іншої половини.

• Gyroid: Особливо унікальний 3D-шаблон, який створює враження хвиль. У результаті виходить друк, однаково міцний у кількох напрямках. Тому цей шаблон заповнення чудово підходить для деталі, яка зазнаватиме навантаження в різних напрямках.

Quarter cubic (ліворуч) і gyroid (праворуч) — шаблони заповнення з 50% щільністю заповнення (Джерело: All3DP)

Наведені вище шаблони часто використовують і за нижчої щільності заповнення завдяки їхньому естетичному вигляду. Деяким творцям подобається такий ефект, як показано на цій вазі з шаблоном gyroid.

Гнучкі 3D-друки

Деякі шаблони заповнення гнучкіші за інші (Джерело: Creative Tools через Flickr).

Типова щільність заповнення: 0-100 % (залежить від того, наскільки «гнучким» ви хочете зробити свій друк)

Для гнучких філаментів найкраще використовувати гнучкі шаблони заповнення, які збережуть пружні властивості друку. Шаблони заповнення, як-от concentric, cross і cross 3D найкраще підходять для такого типу друків.

• Concentric: Цей 2D-шаблон створює всередині друку «хвилі», що повторюють форми зовнішніх стінок. Він нагадує кинутий у воду камінь, який створює на поверхні концентричні кругові хвилі

Concentric (ліворуч) і cross (праворуч) — шаблони заповнення з 25% щільністю заповнення (Джерело: All3DP)

• Cross: Ще один 2D-шаблон, cross, створює сітки, схожі на дуже декоративні хрести. Між хрестами утворюються проміжки, які забезпечують згинання та скручування.

• Cross 3D: Цей 3D-шаблон подібний до шаблону cross, але в міру зростання друку лінії переміщуються під кутом. У результаті виходить об’єкт із дещо вищою жорсткістю.

Поради та підказки

Напрямок заповнення зазвичай встановлено під кутом 45 градусів (Джерело: Benjamin Goldschmidt через All3DP)

Вибір шаблону заповнення важливий, але це не все. Ось кілька речей, про які варто подумати під час наступного налаштування параметрів друку в Cura.

Напрямок ліній заповнення

Одним із часто ігнорованих налаштувань заповнення є напрямок ліній заповнення. Значення за замовчуванням встановлено на 45°, щоб обидва двигуни X і Y працювали одночасно та друкували заповнення з максимальною швидкістю. Однак може бути корисно орієнтувати заповнення під іншим кутом, щоб забезпечити максимальну міцність або гнучкість деталі, особливо якщо її стінки вирівняні по діагоналі.

Градієнтне заповнення та поступове заповнення

Коли ми говоримо про заповнення, то зазвичай сприймаємо його як однорідне всередині деталі. Однак це не обов’язково єдиний спосіб.

За допомогою градієнтного заповнення можна налаштувати друк так, щоб щільність заповнення збільшувалася в напрямку до краю. Загалом такий підхід має зберегти ефективну міцність і жорсткість деталі, використовуючи менше матеріалу. Це налаштування недоступне в Cura нативно, але його відносно легко реалізувати за допомогою скрипту Python.

Градієнтне заповнення не слід плутати з поступовим заповненням, яке робить щось подібне, але вздовж осі Z, а не осей X і Y. Іншими словами, це налаштування робить заповнення щільнішим ближче до верхньої частини друку, ніж до нижньої. Це може заощадити матеріал і час, водночас забезпечуючи достатню міцність на кінці, якому потрібна жорсткість.

Власне плиткове заповнення

Зліва вгорі направо вниз: Fill, Cura, Continuous і Normal Honeycomb (Джерело: Ultimaker через GitHub)

Ті, кому бракує заповнення Honeycomb, популярного в інших слайсерах, як-от PrusaSlicer, можуть зітхнути з полегшенням, адже у версії 5.5 Cura покращила можливості плагінів. Це оновлення дозволило створити плагін для власних шаблонів заповнення. Хоча він іще перебуває в бета-версії, CuraEngine Tiled Infill Generation постачається з попередньо встановленими шаблонами заповнення, як-от Honeycomb і логотип Cura.

Користувачі також можуть додавати власні шаблони заповнення безпосередньо до спадного меню Infill Pattern. Шаблони мають бути у форматі *.wtk і розкладатимуться плиткою, тому наразі ви не маєте повної свободи під час проєктування. У будь-якому разі це чудовий інструмент для створення естетичного заповнення, наприклад мильниці, як показано в прикладі 3D-друку. Докладнішу інформацію можна знайти в документації на GitHub.

Кілька щільностей заповнення
Починаючи з випуску четвертої версії Cura, можна налаштувати «щільність заповнення для кожної моделі». Ця функція корисна, оскільки дає змогу застосовувати цікаві дизайнерські прийоми, зокрема використовувати кілька щільностей і типів заповнення в одному друку, як показано у відео нижче. Хоча для такого типу плоского заповнення, подібного до підставки, може бути небагато конкретних застосувань, ми вважаємо, що цей метод приховує більше можливостей, ніж здається на перший погляд.

Завдяки можливості налаштовувати параметри для кожної імпортованої моделі та здатності Cura безпроблемно поєднувати їх, здається можливим забезпечити спеціалізовану підтримку в окремих областях, хоча це, безумовно, потребує багато ручної роботи.

Skin
Skin позначає верхні та нижні шари моделі. Він може впливати на кількість матеріалу й час друку, а також на міцність і вагу моделі. Що стосується заповнення, одним із параметрів, які можна змінити, є «Skin Overlap Percentage» (відсоток перекриття оболонки), який визначає, наскільки стінки перекриваються з внутрішнім заповненням. Що вищий цей відсоток, то сильніше заповнення буде з’єднане із зовнішньою поверхнею моделі, завдяки чому модель стане менш крихкою.

Якщо ви хочете зменшити кількість шарів, можна змінити «Skin Removal Width» (ширину видалення оболонки). Вказане вами значення буде вилучено з верхнього та нижнього шарів. Це помітно, наприклад, у тонших або менших моделях чи деталях, де міцність не потрібна.

Швидкий друк
Є кілька способів прискорити друк, змінюючи налаштування заповнення. Наприклад, лінії заповнення зазвичай друкуються під кутом 45 градусів, що дає змогу двигунам X і Y досягати максимальної швидкості. Товщина шару заповнення також може впливати на швидкість друку. Ви можете змінити це налаштування на більшу висоту шару, скоротивши час друку.

Також можна поекспериментувати з різними шаблонами, щоб скоротити час друку. Загалом шаблон «lightning» (блискавка) забезпечує найшвидший друк. Якщо вашому виробу не потрібна механічна стабільність, можна використовувати цей шаблон і отримати друк на 25% швидше. Шаблони на кшталт концентричного, сітки та трикутників також відносно прості й мають забезпечувати швидкий друк.