ジャイロイドインフィルを使用した3D印刷：知っておくべきことすべて！

3D印刷コミュニティのほとんどのメーカーは、プロトタイプと生産の両方の目的で作業部品を作成する場合、正しいインフィルパターンとパーセンテージを選択することの重要性を認識しています。

近年、特定の技術的問題に対処するために、多くの新しいパターンが出現しています。いくつかのパターンはメーカーのツールボックスでその場所を見つけましたが、他のパターンは捨てられて興味深い実験として記憶されています。

ジャイロイドインフィルの存在をご存知かもしれません 、これは複数の要因があるため興味深いものです。ジャイロイドパターンとは何か、そしてそれがどのように役立つかを調べてみましょう。

ジャイロイドインフィル は、その最も重要な特徴が立方対称であるパターンです。これは、他のすべてのパターンとは対照的に、ほぼ等方性の構造です。つまり、すべての方向からの力に等しく耐性があります。その主な利点は、充填率が低くても、その完全な抵抗と全体的な強度です。

ジャイロイドインフィルとは何ですか？

ほとんどの3D印刷オブジェクトには、周囲と上/下のレイヤーをリンクする内部構造が必要です。そのため、スライス中にインフィルパターンとパーセンテージを設定しました。どのタイプの構造でもこれを処理できますが、それぞれに長所と短所があります。たとえば、 Lines Infill 加えられる力がインフィルラインに従わない限り、他のパターンよりも高速ですが、比較的弱いです。

メーカーコミュニティが特別なデザインを試したとき、3Dプリントされたパーツを埋める新しい方法が組み込まれました。 2017年に、ジャイロイド型グラフェン構造で実施された研究により、この形状が部品に並外れた抵抗を与えることが明らかになりました。 3D印刷に適用すると、剛性と印刷速度の両方を兼ね備えた構造になります。

ジャイロイドインフィル 押出機の連続的な曲線運動で作られています。その結果、スムーズな動きと非常に一定したフィラメントの堆積が実現します。

その抵抗は、自然に触発された別のインフィルパターンであるハニカムと比較されることがよくあります。それらの主な違いは、それらがどのように構築されるかです。ハニカムは、ほとんどのインフィルと同様に、すべてのレイヤーでその形状を繰り返します。これにより、Z軸の圧縮抵抗を増やす必要がある場合は、より高い充填率を設定する必要があります。ジャイロイドを使用する場合は、各軸にオブジェクトの抵抗を均等に分散するため、塗りつぶしの割合がより効率的になります。技術的には、ジャイロイドインフィルは等方性に近く、これが最大の利点の1つです。

各層で異なる別のパターンは、立方体のインフィルです。印刷中に押出機が上昇すると、小さな立方体を形成します。これにより、オブジェクトはすべての方向から来る圧縮力に対して非常に耐性があります。とにかく、ジャイロイドインフィル 印刷にせん断抵抗が必要な場合にも適しています。

ジャイロイドとは

ジャイロイドは、技術的には三重周期極小曲面（TPMS）です。これらの表面は自己交差せず、このため「迷路」を形成します。それらは3次元でユニットセルに細分化できるため、3Dプリンターで複製できます。

グラフェン構造での使用に加えて、このパターンは、スーパーキャパシタ、太陽電池、およびナノポーラス膜での用途があります。蝶の羽にも同様のパターンが見られ、軽量で抵抗力が高いことがわかります。

3D印刷に関連するジャイロイドの最も重要な特性は、その立方対称性です。これは、数学的な意味では完全に真実ではありませんが、等方性構造と見なすことができることを意味します。等方性物体は、どの方向でも同じ抵抗を持ちます。さまざまなインフィルパターンの中で、ジャイロイドは完全な強度を必要とするピースに最適です。重量/強度比は、ほとんどの既知のパターンよりもはるかに低いため、このインフィルを備えた部品は、より少ない材料でより大きな荷重に耐えることができます。

ジャイロイドインフィルの特性

ジャイロイドインフィルが使用され始めて以来、多くのユーザーがこの構造をテストして、六角形に基づく構造であるハニカムパターンよりも優れた特性を実際に備えているかどうかを示しています。

実験を見つけました ¹ 3Dプリントされたバーにせん断力を加えることにより、さまざまなインフィルの抵抗をテストしました。このために、線、ハニカム、ジャイロイドの3つの同一のバーが異なるインフィルパターンで印刷されました。次に、各バーでサポートされている最大重量を記録しました。

この実験の結論は次のとおりです。

• 同じ充填率を使用した場合、ジャイロイドは全体的に最も強力な構造でした。
• 印刷されたジャイロイドバーの重量は、ハニカムバーよりもほぼ10％軽量でした。
• ジャイロイドバーの印刷時間は3つの中で最短でした。

ジャイロイドパターンは、より強力で高速であることが証明されており、他のパターンよりも使用する材料が少なくなっています。周囲長を考慮しない場合、ジャイロイドの重量はハニカムの重量よりもほぼ30％軽くなります。そのため、大きな不便を感じることなく、費用と時間を節約できます。

ジャイロイドインフィルの利点

等方性に近い：

等方性材料は、どの方向でもその特性を維持します。最も純粋な数学的定義では技術的には真実ではありませんが、3つの軸すべてにおけるジャイロイドインフィルの対称性は、あらゆる方向の抵抗を均等化するのに役立ちます。

線などの一部のパターンは、力がインフィルと同じ方向から来ている場合にのみ優れた強度を持ちます。他のものは圧縮されたときに良いですが、せん断応力に弱いです。ジャイロイドは、あらゆる組み合わせや方向の力に対して非常に優れた耐性を備えています。

全体的に非常に強い

ジャイロイドのインフィルは非常に強力なので、周囲を使用せずに印刷することもできます。一部のオブジェクトは、絶対に必要な部分にのみ周囲を配置することによって設計されています。他のインフィルパターンは、周囲に「寄りかかる」必要があります。そうしないと、構造が崩壊します。

短い印刷時間

同じ充填率が与えられると、ジャイロイドは直線パターンより2％から5％速く印刷します。大量生産について話すとき、これらの価値は重要です。

材料消費量が少ない

もう1つの経済的要因：フィラメントが少ないほど、より耐性のある部品を作ることができます。機能しながら壁なしで印刷できるので、さらに軽量化できます。

見栄えの良いインフィル

個人的な好みの問題ですが、ジャイロイドのインフィルは、現在利用可能なすべてのパターンの中で最も魅力的であると見なすことができます。多くのデザイナーは、花瓶、グラス、または鉢を周囲なしでモデル化し、中身を露出させています。後で見るように、結果は驚くべきものです。

同じレイヤーに重ならない

その線は層全体に沿って連続しているので、構造には弱点がありません。これにより、押し出しの問題やノズルの目詰まりも軽減されます。

向きに依存しません

特定の方向でオブジェクトを印刷する必要がある場合があります。その向きは、最高の抵抗を得るために必要なものと同じではないかもしれません。ジャイロイドインフィルを使用すると、どの方向でも同じ抵抗を持つため、この問題を解決できます。このプロパティは、オブジェクトの適切な方向で必要なサポートが少ないため、フィラメントの消費量を減らすのに役立つ可能性があります。

より弱い材料の使用を検討できます

強力な3D印刷オブジェクトが必要な場合、ABSまたはナイロンは強力で耐性があるため、当然の選択と考えることがよくあります。しかし、ジャイロイドのインフィルを使用することでPLA耐性を向上させ、オブジェクトをより安価で印刷しやすくすることができました。

サポートは必要ありません

すべてのTPMS は本質的に自立型であり、FDM製造に最適です。

流体がそれ自体を通過できるようにします

このパターンは、電子パッケージやヒートシンクなど、空気や水の流れを必要とするアプリケーションに使用できます。

ジャイロイドインフィルのデメリット

スライス時間が長くなる

この要因はしばしば過小評価されますが、パフォーマンスの低いコンピューターに依存する必要がある場合は、スライス時間が長すぎる可能性があります。ジャイロイドを使用すると、通常、生成されるGコードは大きくなります。これにより、プリンターがUSB経由でコンピューターに接続されている場合、印刷が失敗する可能性があります。

インフィル率が高いと、プリンタの振動が非常に大きくなる可能性があります

ジャイロイドは曲線で形成されているため、押出機はあらゆる方向に大きく移動する必要があります。これにより、特に高速でオブジェクトに伝達される不要な振動が発生します。解決策は、充填率を下げて押出機の動きを広げ、充填速度を遅くすることです。このパターンがうまく機能するために多くの塗りつぶしを必要としないことを忘れないでください。

ジャイロイドインフィルスライサーの設定

ジャイロイドパターンの主な利点は、抵抗力を持たせるために多くの充填率を必要としないことです。2つの周囲と10％の充填を備えた小片は、ほぼ10kgをサポートします。パーセンテージを上げると、抵抗は非線形に増加します。 5％の充填から始めて、より多くの抵抗が必要な場合はそれを増やすことができます。

印刷速度が少し速くなる場合があります。とにかく、私はあなたが今まで使っていたのと同じ速度を使い続けることをお勧めします。充填率を下げ、移動速度を維持することで、印刷時間は大幅に短縮されますのでご安心ください。

スライサー設定にGyroidが見つからない場合は、Curaの最新バージョンをダウンロードしてください。これは、PrusaSlicer、Simplify3D、およびその他の一般的なスライサーにも当てはまります。

ジャイロイドインフィルでのクリエイティブな使用

ジャイロイドの興味深い形状により、このパターンはアーティストとメーカーの両方の注目を集めています。ジャイロイドの特性を使用して、複雑で興味深いパーツを作成する方法を見てみましょう。

Dan O’Connellによる3D印刷可能なジャイロイド

このデザインは、外壁のない単なる立方体です。このピースを使用すると、オブジェクトの抵抗をテストして、重いオブジェクトをその面のいずれかに配置できます。また、その「迷路」によって、内部の隅に停滞することなく、水（または任意の流体）が完全に出入りする方法を確認できます。ジャイロイドの構造を見たことがない人に見せるための理想的な作品です。

Gregによる3D印刷可能なジャイロイドランプ

ジャイロイド柄の球面ランプ。ジャイロイドは表面であるため（技術的には本体ではありません）、ランプの光を通過させることができます。さらに、その構造的抵抗により、ランプが直接当たらないように保護されます。 PETGのような半透明の素材で印刷すると見栄えがします。

PlasticPasta3Dによる3D印刷可能なジャイロイドブックマーク

このデザイン（しおり）は、ジャイロイドの高強度と構造の美しさを兼ね備えています。これは、この塗りつぶしパターンを使用して、身近なオブジェクトの美観を高めることができることを示しています。一方、本やオタクなものはとてもうまくやっています…

Alexanderによる3D印刷可能なジャイロイドシェルフブラケット

このシェルフブラケットは、わずか67 gの材料を使用して、20kgを超える重量を支えるように設計されています。それは20冊以上の本です。これは、3Dプリントにはまだ言いたいことがあることを示しています。

さらに、その「骨スポンジ」は白で印刷すると見栄えがします…

ジャイロイドを試してみると、後戻りはできません。高強度、軽量、短い印刷時間、メーカーが望むすべてのもの！

結論

ジャイロイドインフィルの技術的な詳細と芸術的なアプリケーションを経て、このパターンに対する私が持っている驚きの少なくとも少しを伝えることができればと思います。私はすでにこのパターンをデフォルトのインフィルとして使用していますが、それでも外観とプロパティに驚かされます。ぜひ使い始めるか、少なくとも試してみることを検討してください。

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