南極熊教你如何設置最佳填充圖案！

導讀：3D打印能夠輕松制造結構復雜的零件，盡管最終制造出的結構可能看起來相同，但它們的內部結構會有所不同。3D打印的一大優(yōu)勢是能夠改變零件的空心度。在制造方面，空心部件比實心部件需要更少的時間和材料，從而降低了整體重量和成本！那么，內部空心結構如何設計呢？



3D打印的內部結構也稱為“填充結構”，它可以根據所需密度進行調整，0%代表零件是空心的，100%代表零件是實心的。此外，可以根據各種各樣的模式調整部分的填充方式。下面，南極熊將介紹各種不同的填充模式，這些模式都可以在常用切片軟件Cura中進行使用。

Ultimaker Cura
Ultimaker Cura是全球使用十分廣泛的3D切片軟件，每周切割超過400萬個文件，總量超過5億個切片文件，幫助無數的公司和個人認識到了3D打印的魔力。Ultimaker Cura不斷的進步，不斷地更新版本，添加新特性和改進舊功能，一直走在3D打印技術前沿。

常用的填充圖案有哪些？


△填充圖案會極大地影響打印品的強度和靈活性

在最新版本的 Cura (5.3) 中，有 14 種類型的填充可供使用。南極熊根據用途對其進行了分組：

●模型和小雕像：閃電形、線條、之字形
●標準的 3D 打?。壕W格、三角形、三六邊形
●功能性 3D 打印：立方體、精密立方體、八位體、四分之一立方體、螺旋形
●靈活的 3D 打?。和?、十字和三維十字

模型和小雕像


△模型船和小雕像是低強度填充物的理想選擇

填充密度： 0-15%

當打印體積較小的模型或小雕像時，3D打印過程通常不設計較大的作用力，不會承受較大的壓力。那么，對于此類應用，閃電、線條或之字形填充圖案是最好的，可以提供最快的打印速度。


△線條（左）、“連接填充線”的線條（中）和之字形（右）

類似于其他切片器中的“直線”，線條和之字形圖案會產生一個二維網格。兩者之間的區(qū)別在于線條圖案每層生成多條線，而“之字形”只是一條恒定線。如上圖所示，選擇“連接填充線”后，線和之字形之間的差異幾乎無法區(qū)分。閃電填充基本上是類似于閃電形的內部支撐結構。填充物支撐模型的內部區(qū)域，并在模型頂部變得更密集，因為它可以減少90%的材料，這種填充類型非常適合更快的打印。

標準 3D 打印



典型填充密度： 15-50%

對于承受低應力的 3D 打印，應使用中等強度的填充圖案。網格、三角形或三六邊形等填充圖案是十分合適的，但是請注意，與線條相比，這些圖案可能會增加25%的打印時間。

●網格：一種結構較為簡單的二維圖案，網格的主要優(yōu)勢是打印速度快，因為它是三者中最不復雜的。

●三角形： 由三角形組成的二維網格，這種圖案能夠承受較大的垂直載荷，十分適具有薄的矩形組件的零件。

●三六邊形：此2D圖案生成散布有三角形的六邊形。一個優(yōu)點是六邊形是一種有效的形狀，相對于其材料使用而言，它們是一種強大的填充圖案。除此之外，三六邊形填充物的每側連接線都較短，從而減少了因打印冷卻不良而導致的彎曲問題。


△填充密度為 20% 的三角形（左）和三六邊形（右）

功能性 3D 打印


△一些需要承受壓力的3D打印件

典型填充密度： >50%

一些功能性3D打印件，例如上圖種的支架，需要在多個方向上具有高強度。填充模式包括立方體、精密立方體、四分之一立方體、八位位組和螺旋形。

●立方體： 這是堆疊和傾斜立方體的 3D 圖案。

●精密立方： 立方的這種變體使用較少的材料。

●八角形： 也稱為四面體填充，這種圖案堆疊金字塔形狀。


△填充密度為 50% 的立方體（左）和八位體（右）填充圖案

●四分之一立方體： 此 3D 圖案類似于八位組，但金字塔形狀的一半相對于另一半移動。

●螺旋形：一種特別獨特的 3D 圖案，給人以波浪的印象。這導致印刷品在多個方向上同樣堅固。因此，對于將以多種方式受力的零件，這種填充圖案是一個不錯的選擇。


△填充密度為 50% 的四分之一立方體（左）和螺旋體（右）

上述結構的造型很有藝術性，也用于較低的填充密度。一些制造商喜歡這種效果，如下圖這個螺旋花瓶。

柔軟的3D打印結構


△有些填充物比其他填充物更靈活

典型填充密度： 0-100%

柔性絲材應使用柔性填充圖案以保持打印品的柔性。同心、十字和三維十字等填充圖案最適合這些類型的打印品。

●同心：這種二維圖案在打印品內部產生“波浪”的形狀，能夠模擬外壁的形狀。這就像一塊石頭扔進水里，在水面上激起同心圓波紋。

●十字：另一種二維圖案，十字，產生看起來非常花哨的十字的網格。十字架之間的空間允許彎曲和扭曲。

●三維十字：此 3D 圖案類似于十字，但隨著印刷品的增長，線條會傾斜移動。最終結果是一個剛度稍高的物體。


△填充密度為 25% 的同心（左）和十字（右）

提示與技巧


△填充方向通常設置為 45 度

選擇填充圖案很重要，除了填充結構外，Cura還需調整以下打印設置：

填充線方向
一個經常被忽視的填充設置是填充線方向。默認設置為 45°，以便 X 和 Y 電機一起工作以最大速度打印填充。然而，以不同的角度定向填充可能是有利的，以便為零件提供最大的強度或柔韌性。

漸變填充
填充在整個零件內部未必是均勻的，有時用戶可以選擇漸變填充，可以使得在零件周邊具有更大的填充密度。一般來說，應該在使用較少材料的同時保持零件的有效強度和剛度。此設置不是 Cura 自帶的，但可以使用 Python 腳本進行簡單編譯。

多重填充密度

自第四版 Cura 發(fā)布以來，就可以設置“每個模型”的填充密度?？梢栽谕淮蛴∑分惺褂枚喾N的填充密度和類型。憑借為每個導入模型設置自定義設置的能力可以在特定領域提供專業(yè)支持。

壁的設置
壁是指頂層和底層，它會影響所需的材料量和打印時間，還會影響模型的強度和重量。與填充相關，可以更改的設置是“Skin Overlap Percentage”，此選項控制墻壁與內部填充的重疊程度，該百分比越高，填充物就越貼附在打印件的外部上，從而提高模型的強度。

快速打印
有幾種方法可以通過調整填充設置來實現更快的打印時間。例如，填充線通常以45度角打印，這允許X和Y向電機達到最大速度。填充層厚度也可以影響速度，用戶可以將此設置調整為更厚的層高度以減少時間。還可以嘗試使用圖案來減少打印時間。通常，閃電圖案的打印速度最快。如果打印不需要機械穩(wěn)定性，可以使用此圖案來提高25%的速度。同心、網格和三角形也是相對簡單的圖案，也可以快速打印。