インフィルパターン; 3Dプリンターで最強なのはどれ?

インフィルパターンは 3D プリントパーツの内部構造に適合し、パーツのプリント時間、フィラメントの消費、柔軟性、強度、重量、用途に大きな影響を与えます。

ほとんどの人は、これらの要因がシェル/周囲の数と充填密度のみに依存すると誤解していますが、充填パターンを選択する際に考慮すべきことがたくさんあるため、Cura が 13 の異なる充填パターンを提供するのには十分な理由があります。特定の部分のために。

インフィルパターンには利点もありますが、欠点もあります。部品のパターンを選択する際には、強度、印刷時間、完成品の柔軟性など、考慮すべき重要な要素があります。これらのさまざまなプロパティにより、後でパーツをどうするかによって、あるパターンが別のパターンよりも望ましいものになる可能性があります。

この記事では、利用可能なさまざまなインフィルパターン、それらをいつ使用するか (プリントに必要な強度に応じて)、3D プリントをより強力にする方法などについて説明します!

要するに; 直線パターンと 100% のインフィルの組み合わせは、36.4 Mpa の値で最高の引張強度を示します。ただし、これは、適用される力が充填層と同じ方向に従う場合にのみ当てはまります。ほとんどのプリントでは、全体的に最も強いパターンは約 50% のインフィルを持つハニカムです .

この情報のソースは、この 2016 年の調査で見つけることができます。

それでは早速始めましょう!

さまざまな充填パターンとその用途

どのようなパターンを選択するかは、特定のパーツのニーズによって異なります。ここでは、現在 Cura が提供している 13 のインフィルパターンを紹介します。それぞれの長所と短所、およびそれぞれを使用する理由について簡単に説明します。

低強度のインフィルパターン (ライン、ジグザグ)

典型的な充填密度: 0-15%

セリフ: ラインインフィルパターンは 2D インフィルパターンで、名前が示すように、水平線のレイヤーで構成されています。同じレイヤー内のすべての線は同じ方向を持ちますが、連続するレイヤーの線の間の角度は 90 度です。つまり、これらの水平線は 2D 平面の X 軸と Y 軸に沿って印刷されます。

ラインインフィルパターンは、他のほとんどのパターンよりも材料の消費量が少なく、印刷時間が短いため、テストオブジェクトやプロトタイプの印刷に推奨されます。これは、部品が軽量で、水に浮くことができることを意味します。フィギュアやモデルなどの装飾品の印刷にも適しています。

プリントは、側面から圧縮すると適度な強度がありますが、Z 軸に沿って構造的なサポートがないため、垂直方向にはあまり力をサポートできません。これにより、このパターンは、中程度の機械的力を受けることを意図した部品には適していません.

ジグザグ: ジグザグのインフィルパターンは、ラインのインフィルパターンに非常に似ており、利点と欠点、およびユースケースが同じです。

唯一の違いは、線のレイヤーが印刷される方法です。ラインインフィルパターンでは、レイヤーに複数のラインがあり、これらは互いに接続されていませんが、ジグザグインフィルパターンでは、レイヤーは単一の連続したラインのみで構成されています。違いは、両方のインフィルパターンの端を見ることによってのみ見つけることができます。

中強度のインフィルパターン (グリッド、三角形、三角形)

典型的な充填密度: 15-50%

ガード: グリッドインフィルパターンはラインインフィルパターンに似ていますが、各レイヤーは X 軸と Y 軸に沿って印刷されたラインで構成されています。これは、同じレイヤー上の線が 90 度の角度で表示されることを意味します。これにより、レイヤーがグリッドのように見えます。このため、ラインインフィルパターンとは異なり、1 つのレイヤーが 2 次元で強度を持つことができます。

グリッドインフィルパターンは、線やジグザグインフィルパターンに比べて強力ですが、より多くの材料を消費し、印刷時間が遅くなります。

三角形: 三角形のインフィルパターンは、互いに融合されて層を形成する三角形で構成され、それが垂直に積み重ねられます。 XY 平面に沿って 2 方向にのみ線が印刷される前の 3 つのパターンとは異なり、三角形パターンには 3 方向に線が印刷されます。これにより、あらゆる方向に均一な強度が得られ、外力に対する耐性が向上します。

滑らかな表面が必要な場合は、外側のレイヤーまたはシェルの数を増やす必要があることに注意してください。

三角形: トライヘキサゴンインフィルパターンは、トライアングルパターンに似た強力な 2D パターンです。各レイヤーの線も XY 平面に沿って 3 方向に印刷されますが、6 つの三角形が融合して六角形を形成し、それらが結合してレイヤーを形成するように見えます。

高強度インフィルパターン (キュービック、キュービックサブディビジョン、オクテット、クォーターキュービック、ジャイロイド)

典型的な充填密度:>50%

キュービック: 立方体のインフィルパターンは、X 軸と Y 軸を中心に 45 度の角度で傾斜した積み重ねられた立方体で構成される強力な 3D インフィルパターンです。これにより、三角形のように見える錯覚が得られます。

立方体のインフィルパターンは、すべての方向からオブジェクトに加えられる圧力を処理できるため、非常に強力ですが、より多くの材料が必要になり、造形時間が遅くなります。機能的な機械部品の印刷に使用できます。

キュービック (サブディビジョン): Cubic Subdivision パターンは Cubic パターンに非常に似ており、強度と使用例は同じですが、印刷に必要な材料が少なくて済みます。これは、プリントの中央に向かってより大きな立方体を作成することで実現されます。このようにして、インフィルに大きな外圧がかからない場所で材料が節約されます。

ただし、このインフィルパターンは、他のインフィルパターンよりもスライスに時間がかかります。

オクテット: オクテットインフィルパターンは立方体パターンに似ていますが、勾配が増加する三角形ではなく、正方形のように見える点が異なります。オクテット充填パターンを持つオブジェクトは非常に強く、あらゆる面からの圧力に耐えることができ、機械的機能を実行する能力を持っています.

クォーターキュービック: クォーターキュービックインフィルパターンは、キュービックやオクテットなどの他の 3D パターンに似ており、同様の強度と使用例があります。周囲が非常に薄い場合でも、3D モデルで使用できます。

ジャイロイド: ジャイロイドインフィルパターンは非常に素晴らしく、強度と重量の比率も最高です。その穴あき構造により、透過性の固体になります (液体または気体を通過させることができます)。その印刷時間と材料の使用は最適ですが、ジャイロイド構造にはサポートが必要であり、比較的高い充填密度で印刷する必要があるため、低い充填密度で印刷する場合は必ずテストを行ってください。

柔軟なインフィルパターン (同心円、クロス、クロス 3D)

典型的な充填密度: 0-100% (印刷物をどの程度スクイーズにするかによる)。

同心円: 同心インフィルパターンには、オブジェクトの形状 (アウトライン) に似た同心円状の線が含まれています。オブジェクトは柔軟性があり、全体的な形状に大きな損傷や変形を起こすことなくねじることができます。このパターンは、フィラメントの消費量が比較的少なく、印刷時間が短いです。

ただし、柔軟なオブジェクトの印刷にのみ適しており、水平方向の強度が不足しています。

クロス: クロスインフィルパターンは、派手なクロスで作られているように見え、プリントがかなりのねじれや曲げに耐えられるように空のスペースがあるようにプリントされています.

不利な点は、オブジェクトに水平に加えられる力に対抗する構造的なサポートがないことです.

クロス 3D: クロス 3D インフィルパターンはクロスパターンに似ていますが、印刷が大きくなるにつれて線が傾斜して移動するように印刷されます。印刷が簡単で、柔らかく柔軟なオブジェクトの印刷に最適です。不利な点は、弱く、スライスに時間がかかることです.

最も強いインフィルパターンは?

3D プリンターを使用したことのある多くの人は、ハニカム (キュービック) を最も強いインフィルパターンとして推奨する傾向があります。これは、適用される力の方向には弱いですが、実際には他のパターンよりも強いためです。ハニカムのすべての小さなセルが構造全体と同じくらい強いからです。

ハニカムセルの六角形のメカニズムは、力を拡散して分散するように構造化されており、その力が 1 点または 2 点だけに集中するのではなく、ハニカムパターンがその力をより広い領域に分散させます。構造のすべての部分に力を再分配することにより、ハニカムは他のどのパターンよりも一般的な機械力をうまく処理できます。

ハニカム (立方体) のインフィルパターンにより、大きくてベタなプリントでも、プリントは強く剛性があります。強度が増したため、大きな構造を持つ部品を作成でき、他の充填パターンと比べて多くの有利な機械的特性を備えています。

理論的な観点からは、直線的なインフィルが最も強いパターンです 、適用された力が充填層の線の方向にある場合、つまり。それ以外の場合、これは比較的弱いパターンですが、プラスチックの使用に関しても非常に効率的であるため、ハニカムよりも約 30% 高速に印刷されます。

要するに; ほとんどの状況で最も強力なインフィルパターンはハニカム (立方体) パターンです。これは、あらゆる方向からの力を構造全体に分散できるためです。直線パターンは絶対的に最強ですが、力がインフィルと同じ方向に適用された場合のみです。

充填密度は強度にどのように影響し、適切な密度範囲はどれくらいですか?

強度のもう 1 つの要因は充填密度です。これは、充填率が高いほど部品が強くなるためです。

オブジェクトの強度を考慮する場合、それはその構造に直接関連しています。充填率が高いほど、外力に対処するためのパーツの中央により多くの材料が存在するため、破損に対する抵抗力が強くなります。

最も頑丈で信頼性の高い構造を提供するため、100% インフィルが最適です。ただし、使用する材料の量が多いため、印刷にはかなりの時間がかかります。また、充填量の少ない代替品よりも多くのフィラメントが必要になるため、コストも高くなります。

ほとんどの場合、多くの人が 20 ～ 50% のインフィル密度で満足しています。これにより、ほとんどのインフィルパターンで最良の結果が得られます。フィラメントの割合が 50% の場合でも、100% と同じ強度が得られることに驚かれることでしょう。、またはそれに非常に近い場合もあります。

インフィル密度を 50% を超えて増加させた後、大幅な強度の増加を期待しないでください。フィラメントのパーセンテージが高くなるほど、増加の効果は少なくなります。

75% を超えるインフィル密度でパーツをプリントする必要はおそらくありません。ギアをプリントする場合を除き、余分なフィラメントが無駄になり、パーツが重くなるだけです。

プロのヒント :インフィルラインの方向を最適化して印刷の耐性を高めます:インフィルラインのデフォルトの方向は 45° であり、特定の方法でインフィルラインの方向を調整するだけで、インフィルの同じ割合とパターンで強度を大幅に向上させることができます。 (場合によります。

充填パターンと密度は印刷時間にどのように影響しますか?

充填率とパターンを変えると、強度、材料の使用、印刷時間、およびオブジェクトのパフォーマンスのその他の側面に影響を与える可能性があります。通常、強度が向上するたびに、コストと印刷時間を犠牲にする必要があります。

充填率とパターンをうまく使用するための鍵は、弱すぎるところと高すぎるところの間のどこかにあるスイートスポットを見つけることです。これが、コストと印刷時間を最小限に抑え、強度を最大化する唯一の方法です。

さまざまな密度、パターン、スタイル、方向からインフィル設定をカスタマイズするのは難しい場合がありますが、ジョブに適したものを使用すると、印刷は簡単になります.

最も速く印刷できるインフィルは?

印刷する最も単純なインフィルパターン、したがって最速のインフィルパターンは、「ライン」インフィルです。また、他のパターンと比較して印刷時間を大幅に短縮し、オブジェクトにある程度の強度を提供するという唯一の理由で、最も人気のあるパターンでもあります.

プリントの強度に影響を与えるその他の要因

この記事は主にインフィルパターンに焦点を当てていますが、フィラメントの種類、フィラメントの品質、部品が実際にどのように印刷されるか、周囲の数、層の高さなど、印刷の品質に影響を与える可能性のある追加の要因がいくつかあります。

フィラメントの種類

数十の異なるフィラメント (PLA、ABS、PETG、HIPS、ポリカーボネート、ナイロン、その他多数) があり、それらにはすべて長所と短所があります。

たとえば、PLA は非常に簡単に印刷できますが、高温には耐えられないため、屋外に放置する印刷には使用しないでください。

ナイロンは非常に耐久性が高いため、ギアをプリントするのに最適なフィラメントとして知られており、ポリカーボネートは、引張強度に関する限り、すべてのフィラメントの中で最も強力です.

基本的に、使用目的に応じて素材を選択する必要があります。

フィラメントの品質

現在、ほとんどの種類のフィラメントは適切に作られていますが、評判の良いブランドからフィラメントスプールを入手することで、印刷が成功する可能性が高まり、すぐに失敗することなく機能する印刷を行うことができます。

1 つだけ注意してください:フィラメントは、特に湿気を吸収するとすぐに損傷する可能性があります。そのため、フィラメントの保管方法と適切な手入れ方法を学ぶ必要があります。

詳細については、フィラメントが劣化しているかどうかを確認する方法、保管方法、湿気を吸収したフィラメントを乾燥させる方法について書いたこの投稿を確認してください。

印刷の向き

これを初めて知ったときは、びっくりしたと言わざるを得ません…考えてみれば当たり前のことなのに!

3D プリントの弱点は常にレイヤーラインです。つまり、オブジェクトを垂直に印刷すると (つまり、レイヤーが水平に印刷されることを意味します)、モデルを水平に印刷した場合とは強度が大きく異なります。、またはその横に。

CNC Kitchen は、印刷用フックを立てた状態と水平な状態で比較しました。全体的な強度の違いの結果は非常に興味深いものでした:

フックを縦に印刷するとレイヤーが横に印刷されることを意味し、フックに引っ張る力を加えたときにレイヤーの接着が非常に弱くなるため、横に印刷したものよりもはるかに簡単に壊れてしまいます（同じ力が加えられた場合） ).

これは、モデルを常に横向きに印刷する必要があるという意味ではありませんが、モデルの用途を考えて、モデルに加えられる力が同じ方向になるように印刷することをお勧めします。

境界の数

周囲はプリントの外側の部分であり、目に見える部分であり、インフィルはプリントが崩れないように内側にあります。

シェルとも呼ばれる周囲は、強度に大きな影響を与えます。実際、ほとんどの場合、インフィルよりもはるかに重要です。周囲を追加するだけで、10% ～ 15% のインフィルを追加した場合と同じだけ印刷の強度を高めることができます。

レイヤーの高さ

一般に、層の高さが低いほど、接着性が高くなります。層の線に対して垂直に印刷物を切り開いた場合、非常に厚い層の高さで印刷された場合、フィラメント層の間に目に見える隙間ができ、部品が弱くなります.

一方、層の厚さを薄くすると、すべての異なる層が適切に接着されます。ただし、0.1mm を下回ると印刷の強度が低下するため、これはある程度の目安です。

基本的に、最も強い層の高さは 0.1mm または 0.12mm であり、この値を上下すると印刷の強度が低下します。

3D プリントの強度を上げるには?

レイヤーの高さ、充填率の調整、異なる向きでのオブジェクトの印刷、および先ほど説明したすべての手順に加えて、印刷物をアニールすることもできます。これは、印刷されたオブジェクト全体をガラス転移温度まで加熱して、わずかにこれにより、フィラメントの分子構造が変化し、層の接着がさらに改善されます。

アニーリングプロセスの仕組みについて詳しく知りたい場合は、この記事をご覧ください。

まとめ:さまざまな印刷タイプのインフィル

この情報はすべて前に述べましたが、印刷するオブジェクトのタイプに応じて、どの充填率とパターンを使用する必要があるかを簡単に説明します.

丈夫で耐久性が必要なパーツ

インフィルパターン: キュービック、キュービックサブディビジョン、オクテット、クォーターキュービック、ジャイロイド
充填率: 50～75%

通常のプリント

インフィルパターン: グリッド、三角形、三角形
充填率: 15～50%

モデル、フィギュア、ミニチュア

インフィルパターン: 線、ジグザグ
充填率: 0～15%

柔軟なプリント

インフィルパターン: 同心円、クロス、クロス 3D
充填率: 0-100% (スクイーズの好みによる)

結論

前述したように、最も強力なインフィルパターンは直線とハニカムであり、後者は引張強度の点ではそれほど強力ではありませんが、他のすべての点でより強力です。

プリントの強度と耐久性に影響を与える要因は他にもたくさんあることを忘れないでください。それらも念頭に置いておいてください!

この情報がお役に立てば幸いです!

良い一日を！

インフィル パターン; 3Dプリンターで最強なのはどれ?