Най-силният модел на запълване за вашите 3D отпечатъци

Слайсерите предлагат много опции за запълване, но не всички от тях дават силни 3D отпечатъци. Прочетете, за да научите за най-силните модели на пълнеж!

Ако имате 3D принтер, вероятно сте запознати с infill / пълнежа/, който позволява на отпечатаните модели да бъдат плътни, кухи или нещо средно между предните два варианта. Пълнежът е нещо уникално за 3D печата, тъй като конвенционално произведените части обикновено са напълно твърди или кухи.

Плътността на запълване и моделът на запълване са две настройки на филтъра, които определят как 3D принтерът ще отпечата пълнежа. И двете настройки силно влияят върху механичните свойства на отпечатания обект, така че ще искате да обърнете внимание на тези настройки, ако искате да отпечатате здрави части. И все пак, също така е важно да се има предвид, че много други фактори освен пълнежа влияят на силата на отпечатъка ( материал и черупки , например).

В тази статия ще се съсредоточим върху моделите на запълване, по-специално тези, които вероятно ще дадат силни отпечатъци. За да ръководи нашата дискусия, ще използваме някои от най-добрите модели на разположение в популярните резачки /slicers/ като Cura  и PrusaSlicer . Преди да направим нещо обаче, нека първо да обсъдим плътността на запълване и настройките на шаблона.

Всичко за Infill

По същество плътността на запълването се отнася до това колко плътна е вътрешността на 3D отпечатъка. Това обикновено се изразява като процент: 100% ще бъдат напълно плътни, докато 0% ще бъдат кухи. Моделът на пълнеж е формата на структурата на пълнежа вътре в отпечатъка.

Обикновено колкото по-висок е процентът на плътност на запълване, толкова по-висока е здравината (както и консумацията на материал, теглото и времето за печат) и толкова по-ниска е гъвкавостта. Но моделът на запълване може също да повлияе на силата в зависимост от това как структурата и разположението на линиите разпръскват вътрешните сили. По този начин, точно както други настройки (напр. височина на слоя), различните модели са полезни за различни приложения.

Има много модели на пълнеж, налични в различни платформи за рязане, но само някои са предназначени за производство на компоненти с висока якост. Повечето от тях – като линиите, зигзагообразните и кръстосаните модели – са предназначени за обикновени отпечатъци, които няма да са изправени пред много физически стрес, но все пак трябва да бъдат донякъде издръжливи. 

Съображения

За да преценим кой модел на запълване дава най-силните части, има няколко важни съображения, които трябва да обсъдим. Първата е силата на посоката на модел на запълване, а втората е типът сила, измерен при тестване.

Сила на насочване

Не всички модели осигуряват еднаква сила и по трите оси (X, Y, Z) и много от тях са по-подходящи за определени равнини. Например, моделът на мрежата предлага голяма здравина по оста Z, но е по-слаб в цялата XY равнина. За да извлечете максимума от моделите, които са най-силни по определени оси, помислете за ориентирането на модела си така, че частта от щампата, която трябва да бъде здрава, да е подравнена с оста, по която шаблонът на запълване е най-силен.

Има и модели, които осигуряват по-балансирана сила по трите оси. За съжаление, тъй като силата е по-разпръсната, силата на отделната ос намалява. Например, моделът на пълнеж на Gyroid осигурява предимно балансирана сила и в трите посоки, но не е най-силният модел по оста Z.

Видове сила

Второто важно съображение е вида на силата, измерена при тестване на модел на запълване. По-нататък в тази статия ще представим всеки от най-силните модели и техните резултати в два метода за тестване: удължаване и компресия. Първият включва прилагане на сила към два края на модела, за да го разкъса, докато вторият е прилагане на сила надолу върху модел, притискайки го, докато се счупи.

И двата теста са валидни начини за определяне на силата на модел на запълване. Тестът за удължаване установява якостта на опън, а тестът за компресия установява якостта на натиск. И двата вида якост могат да бъдат количествено определени чрез натоварването им при разрушаване, което е колко килограма (kg) могат да бъдат приложени, преди модел да се разроши. За 3D отпечатани модели натоварването при теста за компресия почти винаги е по-голямо от това при теста за опън.

Всички проучвания, включени в тази статия, проведоха тестове за якост по оста Z на отпечатъците. Независимо дали е тест на опън или компресия, всеки е извършен спрямо отпечатания модел в оригиналната му ориентация. Например, ако отпечатате куб и проведете тест за компресия, ще компресирате горната част на куба.

Едно от проучванията също е тествало здравината на частите по осите X и Y. Идентични части бяха завъртени на 90 градуса и подложени на същия тест за компресия, както беше проведен за части в първоначалната им ориентация. Тестването както на XY-равнината, така и на оста Z дава по-изчерпателна картина на цялостната здравина на детайла.

Тестовете

Преди да преминем през моделите, важно е да споменем, че сме използвали емпирични доказателства от три различни реномирани теста, за да определим най-силните модели на запълване. Тъй като те предоставят безпристрастен и обективен поглед върху най-добрите модели на запълване, ние включихме следните тестове:

• Steam Labs’ 3D Printed Compressive Strength Comparison
• CNC Kitchen Infill and Shell Thickness Strength Test
• CNC Kitchen Infill Pattern Strength Test

Разбира се, има много други тестове за здравина за 3D отпечатъци и модели на запълване, но ние избрахме тези три, защото всички те представят данните в една и съща мерна единица (товар при счупване в кг). Проучванията също така използват професионални методи за тестване и поддържат средата (печатен материал, плътност на пълнежа, използван принтер и т.н.) една и съща за всеки от отделните тествани модели.

Претендентите

Сега, когато знаете малко повече за пълнежа и видовете якост, е време да прегледате най-силните модели на пълнеж. По-долу обсъждаме шестте най-силни модела, които могат да бъдат намерени в Cura или PrusaSlicer.

Решетка / Grid /

Опростен по своята същност, моделът на мрежата се състои от два набора линии, които се пресичат в една и съща точка във всеки слой. Силата на модела на мрежата идва от пресичането на многото линии в този модел, което осигурява голяма подкрепа за отпечатаната структура.

Тестът на Steam Labs установи максимална якост на натиск от 455,2 килограма сила. CNC Kitchen установи якост на опън от около 50 килограма сила, с тегло и време за печат, подобни на други модели. По отношение на якостта на натиск, те установиха, че малък куб, отпечатан с решетъчния модел, може да издържи до малко над 350 килограма сила по оста Z и около 200 килограма сила по осите X и Y.

Праволинейна (зиг-заг) /Rectilinear (Zig-Zag)/

Праволинейният (зиг-заг) модел е подобен на шаблона на мрежата, но отпечатва само един набор от линии на всеки слой, като обръща ориентацията на линията всеки път. Силата на този праволинеен модел идва от подхода на редуващия се слой, което прави по-трудно разрушаването на структурата от една посока.

Steam Labs установи, че този модел има максимална якост на натиск от 435,82 килограма сила. Първият тест, проведен от CNC Kitchen, установи якост на опън малко под 50 килограма сила, със средно време за печат и тегло. Що се отнася до силата по оста Z, както и по осите X и Y, вторият тест на CNC Kitchen установи резултати от съответно над 300 и близо 200 килограма сила.

Триъгълници / Triangles /

Моделът на триъгълника е като шаблона на мрежата, но вместо пресичане под прав ъгъл, този модел създава 2D триъгълници, които се подреждат върху всеки слой. Силата на този модел идва от факта, че триъгълниците са една от най-силните геометрии в природата, тъй като всяка страна разчита на другите две.

В теста на Steam Labs те откриха, че този модел има максимална якост на натиск от 379,94 килограма сила. Първото проучване на CNC Kitchen определи якост на опън от 13 килограма сила. Този тест също установи доста нормално време за печат, но доста голямо тегло. Вторите резултати от теста на CNC Kitchen разкриха якост на натиск от около 350 и 240 килограма сила по протежение на оста Z, както и съответно по осите X и Y.

Кубичен / Cubic /

Моделът с кубичен пълнеж генерира диагонално подредени кубчета, наподобяващи правилни и обърнати пирамиди при печат. Кубичният модел осигурява триизмерна здравина поради структурната цялост на участващите пресичащи триъгълници.

За съжаление Steam Labs не тестваха тази опция за пълнене и тя също не е включена в първия тест на CNC Kitchen. За щастие той е тестван във втория тест на CNC Kitchen. Кубичният модел има сходна якост на натиск по всичките три оси, около 250 килограма сила. Този тест също установи, че кубичният модел отнема значително по-дълго време за отпечатване, със 125% нормализирано време за печат и тегло на модела, подобно на повечето други модели, ако не и по-малко.

Медена пита / Honeycomb /

Моделът на пчелна пита копира общата форма на пчелна пита и повтаря малките шестоъгълни 2D структури в областта на модела. Силата на този модел идва от редуващото се преплитане на твърди геометрични форми.

В теста на Steam Labs моделът на пълнеж от пчелна пита заема второ място по максимална якост на натиск, издържайки 430,75 килограма сила. Първият тест на CNC Kitchen на модела „пълна пчелна пита“ установи, че неговата якост на опън е над 12 килограма сила, с малко ниско тегло.

Вторият тест на CNC Kitchen също установи якост на натиск от малко под 350 килограма сила по оста Z и 200 килограма сила по осите X и Y. Също така си струва да се спомене, че вторият тест на CNC Kitchen установи, че моделът на запълване на пчелна пита има супер висок процент нормализирано време за печат от 310%. Това необичайно високо време за печат се дължи на постоянната промяна в посоката, свързана с отпечатването на модел пчелна пита.

Gyroid

И накрая, моделът на запълване на gyroid е най-готиният. Той използва повтарящи се математически изчислени криви, подредени по необичаен начин. Силата на този модел идва от припокриването между кривите на всеки три слоя (в зависимост от среза) и математическата природа на формата на кривата.

Въпреки, че не е включен в първия тест от CNC Kitchen или Steam Labs, този модел е тестван във втория тест на CNC Kitchen. Тестът установи, че моделът на пълнеж на gyroid има якост на натиск от 264 килограма сила по трите оси, което означава, че моделът предлага еднаква сила във всички посоки. Вторият тест на CNC Kitchen също така установи, че шаблонът на запълване има нормализирано време за печат от 125% (не е много лошо) и приблизително средно тегло.

 Лиценз: Текстът на „ Най-силният модел на запълване за вашите 3D отпечатъци “ от All3DP е лицензиран под международен лиценз Creative Commons Attribution 4.0 .