3D打印中填充密度和填充圖案的最佳選擇！

魔猴君  知識堂   710天前

導讀：與大多數其他制造技術相比，3D打印必須控制零件的兩個結構的精度：外壁和填充物。外壁，是指零件的最外層區域，而填充物則是零件內部存在的任何東西。通常打印人員會對外幣有一定程度的控制，但填充物更具動態性，并且在零件的強度、重量、結構、浮力等方面發揮著巨大作用。在 3D 打印中，用戶可以定義許多參數來控制用于零件的填充類型。

在所有這些參數中，最重要的參數有兩個：填充密度和填充圖案。下面將帶大家一起通過幾種不同的制造方法了解“填充”，更好地了解它在 3D 打印中的工作原理。

3D 打印與傳統制造

填充 3D 打印不同于其他更傳統的制造方法。讓我們以注塑成型和減材制造為例。注塑成型涉及將材料插入模具中以形成零件，由于這種技術本身的性質，控制內部結構根本不可能。因此，注塑成型零件要么是實心的，要么是空心的（采用氣體注射成型），沒有介于兩者之間。減材制造，如CNC 加工，需要切割材料。與注塑成型類似，填充物無法調整，因此內部完全是實心的。但3D打印可以設計任何的團，并進行擠壓材料層層制造。

填充密度會顯著影響材料消耗

△填充密度會顯著影響材料消耗（來源：BozarthPrime via Myminifactory）

填充密度是零件內部的“豐滿度”。在切片機中，用0 %-100%的百分比進行表示，其中 0% 表示部分空心，100% 表示完全實心。填充密度會極大地影響零件的重量：零件的內部越飽滿，它就越重。除了重量，打印時間、材料消耗和浮力也受到填充密度的影響。強度也是如此，當然它還與材料和層高等許多其他因素有關。

一些切片機還允許在同一部件內使用不同的填充密度。這稱為可變填充密度，切片程序中的特定設置允許用戶為打印的不同區域指定所需的任何密度變化。那么，在實際打印中應該使用多少百分比的填充密度呢？

●對于不需要超強的大多數“標準”打印品，建議使用 15-50% 的填充密度。此密度百分比可縮短打印時間、節省材料并提供良好的強度。

●功能性打印品需要堅固。因此，建議使用更高的填充：超過 50%。這種設置回消耗更長的打印時間并消耗更多的絲材，但會獲得強度更大的零件。

●對于僅用于展示目的的小雕像模型，建議使用 0-15% 的填充密度。這可以提高打印速度，并且根本不會消耗很多絲材。這個密度范圍打印的模型會很輕，但不是很結實。

推薦設置

1.標準打印：  15-50%

2.功能性印花：  50-100%

3.小雕像和模型打印品：  0-15%

4.柔性打印： 1-100%

填充圖案

△不同的填充圖案提供各種強度和令人驚嘆的設計（來源：MilesFromNeihu via Thingiverse）

填充圖案是零件內部材料的結構和形狀。從簡單的線條到更復雜的幾何形狀，填充圖案會影響零件的強度、重量、打印時間，甚至靈活性。在不同的切片器程序中，有許多不同的填充模式。例如，Cura (2.2) 有 14 種不同的填充圖案可供選擇，而PrusaSlicer (2.5) 有 17 種 ，Simplify3D 有 6 種。

與填充密度一樣，不同的填充圖案具有不同的屬性，如復雜性、材料效率和連接強度平面的數量（2D 或 3D）。例如，螺旋形圖案在三個維度上連接外壁，提供更多的整體強度。因此，與線條等圖案相比，此圖案占用更多材料。那么應該選擇哪種填充圖案呢？

●線條：線條填充圖案包含每隔一層在一個方向（沿 X 軸或 Y 軸）打印的線條。這種填充圖案僅在兩個維度上提供強度，有利于快速打印。線條圖案不會使用太多材料，并且重量很輕。

●蜂巢：顧名思義，這種圖案產生蜂巢結構，營造出吸引人的視覺效果。這種填充圖案適用于需要中等強度的半快速打印，并且不消耗太多材料。

●網格：網格填充圖案在外觀上類似于線條，但不是每隔一層單向線條，而是每層包含二維線條，線條之間的空間是原來的兩倍。這種模式提供了二維力量，但仍然有些強大。網格圖案消耗平均數量的材料并需要中等時間才能完成。

●三角形：三角形圖案看起來像重疊的三角形線，線在 XY 平面中沿三個方向延伸。這種填充圖案僅在兩個維度上提供強度，但仍適用于需要強度的打印品。

△Cura 的三角形以兩種不同的密度填充（來源：All3DP）

●三向六邊形：三六邊形填充圖案包含在 XY 平面中沿三個方向延伸的各種線，形成中間有三角形的六邊形圖案。這種填充圖案提供了二維的強度，非常適合強烈的打印品。

●立方體：這種模式產生堆疊的立方體，但因為它們圍繞 X 軸和 Y 軸傾斜 45 度，所以它們在任何時刻看起來都更像三角形。該圖案在三個維度上提供了出色的強度，但比其他圖案需要更多的材料和時間。

●八位位組：八位位組填充圖案類似于立方體圖案，但圖案不是增加傾斜的三角形，而是具體化為正方形。這種填充圖案是一種三維圖案，不僅看起來非常棒，而且對于需要強度的部件也很有用。

●螺旋型：螺旋形填充圖案可能看起來最酷，但也可以說是最奇怪的填充圖案。它包括最終穿過路徑的凹形不規則曲率。它旨在在強度、材料和打印時間之間取得最佳平衡。

△螺旋形 填充物，可用于打印，令人眼花繚亂

●同心：同心填充圖案是由與零件輪廓（即其周長）相匹配的同心線組成的內部結構。這種圖案可以快速打印，適用于柔性部件，并且比大多數圖案消耗的材料少得多。

推薦設置

1.標準打印品： 網格或三角形

2.功能打印： 立方體、螺旋體或八位體

3.小雕像和模型印刷品： 線條

4.柔性打印：同心

其他注意事項

△填充圖案可以成為打印品的美學特征（來源：Penolopy Bulnick via Instructables）

除了圖案和密度之外，還有另外兩類值得注意的填充設置：可變設置和藝術圖案。兩者都可以讓您通過填充設置更具創意。可變設置使您能夠隨著零件在層中的進展調整填充密度。例如，如果您希望零件的底部在第 30 層之前有 10% 的填充，然后切換為 50% 的填充，變量設置允許您執行此操作。何在 Simplify3D、PrusaSlicer 和 Cura等軟件中均可以實現。Infill for art 是一種將不同的填充圖案變成藝術品的方法。這個過程在耳環、吊墜和其他珠寶和藝術品上看起來很棒。

來源：南極熊