Füllmuster; Welches ist das Stärkste für den 3D-Druck?

Füllmuster entsprechen der inneren Struktur eines 3D-gedruckten Teils und haben einen erheblichen Einfluss auf die Druckzeit, den Filamentverbrauch, die Flexibilität, Festigkeit, das Gewicht und die Verwendungsmöglichkeiten Ihres Teils.

Die meisten Leute machen den Fehler anzunehmen, dass diese Faktoren nur von der Anzahl der Schalen/Perimeter und der Füllungsdichte abhängen, aber es gibt einen guten Grund dafür, dass Cura 13 verschiedene Füllungsmuster anbietet, da es bei der Auswahl eines Füllungsmusters viel zu beachten gibt für einen bestimmten Teil.

Füllmuster haben Vorteile, aber auch Nachteile. Bei der Auswahl eines Musters für Ihre Teile sind wichtige Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. Stärke, Druckdauer und Flexibilität des Endprodukts. Diese unterschiedlichen Eigenschaften können ein Muster wünschenswerter als ein anderes machen, je nachdem, was Sie später mit dem Teil machen möchten.

In diesem Artikel gehe ich auf die verschiedenen verfügbaren Füllmuster ein, wann sie verwendet werden (abhängig von der Stärke, die der Druck erfordert), wie man einen 3D-Druck stärker macht und vieles mehr!

Zusamenfassend; Die Kombination eines geradlinigen Musters mit einer 100%igen Füllung weist mit einem Wert von 36,4 MPa die höchste Zugfestigkeit auf. Dies gilt jedoch nur, wenn die aufgebrachten Kräfte der gleichen Richtung wie die Füllschichten folgen. Bei den meisten Drucken ist das insgesamt stärkste Muster ein Wabenmuster mit einer Füllung von etwa 50 % .

Die Quelle für diese Informationen finden Sie in dieser Studie von 2016 hier.

Jetzt können wir ohne weitere Umschweife loslegen!

Verschiedene Füllungsmuster und ihre Verwendung

Welche Art von Muster Sie wählen, sollte von den Anforderungen eines bestimmten Teils abhängen. Hier sind also die 13 Füllungsmuster, die derzeit von Cura angeboten werden, und wir werden kurz ihre Vor- und Nachteile und die Gründe für ihre Verwendung erörtern.

Füllmuster mit geringer Stärke (Linien, Zick-Zack)

Typische Füllungsdichte: 0–15 %

Zeilen: Das Linien-Füllmuster ist ein 2D-Füllmuster und besteht, wie der Name schon sagt, aus Schichten horizontaler Linien. Alle Linien in derselben Schicht haben dieselbe Richtung, aber der Winkel zwischen den Linien der aufeinanderfolgenden Schichten beträgt 90 Grad. Mit anderen Worten, diese horizontalen Linien werden entlang der X- und Y-Achse einer 2D-Ebene gedruckt.

Das Linien-Füllmuster wird zum Drucken von Testobjekten und Prototypen empfohlen, da es weniger Material verbraucht und eine schnellere Druckzeit als die meisten anderen Muster hat. Dies bedeutet, dass die Teile leicht sind und auf Wasser schwimmfähig sein können. Es eignet sich auch zum Drucken von dekorativen Objekten wie Figuren und Modellen.

Die Drucke sind mäßig stark, wenn sie von den Seiten zusammengedrückt werden, aber da es keine strukturelle Unterstützung entlang der Z-Achse gibt, halten sie vertikal nicht viel Kraft aus. Dadurch ist dieses Muster ungeeignet für Teile, die selbst moderaten mechanischen Kräften ausgesetzt sein sollen.

Zickzack: Das Zick-Zack-Füllmuster ist dem Linien-Füllmuster ziemlich ähnlich und hat dieselben Vor- und Nachteile sowie Anwendungsfälle.

Der einzige Unterschied besteht darin, wie eine Schicht von Linien gedruckt wird. Beim Linienfüllmuster hat eine Schicht mehr als eine Linie und diese sind nicht miteinander verbunden, während beim Zick-Zack-Füllmuster eine Schicht nur aus einer einzigen durchgehenden Linie besteht. Der Unterschied ist nur zu erkennen, wenn man sich die Kanten beider Füllungsmuster ansieht.

Mittelstarke Füllmuster (Gitter, Dreiecke, Tri-Sechseck)

Typische Füllungsdichte: 15–50 %

Gürtel: Das Gitterfüllmuster ähnelt dem Linienfüllmuster, jedoch besteht jede Schicht aus Linien, die entlang der X-Achse und der Y-Achse gedruckt sind. Dies bedeutet, dass die Linien auf derselben Ebene scheinbar einen Winkel von 90 Grad zwischen sich haben. Dadurch sehen die Schichten wie ein Gitter aus, und aus diesem Grund kann eine einzelne Schicht im Gegensatz zum Füllmuster mit Linien Stärke in zwei Dimensionen haben.

Das Gitter-Füllmuster ist stärker, verbraucht aber mehr Material und hat langsamere Druckzeiten im Vergleich zu den Linien- und Zick-Zack-Füllmustern.

Dreiecke: Das Dreiecks-Füllmuster besteht aus Dreiecken, die miteinander verschmolzen werden, um Schichten zu bilden, die dann vertikal gestapelt werden. Im Gegensatz zu den vorherigen drei Mustern, bei denen Linien nur in zwei Richtungen entlang der XY-Ebene gedruckt werden, enthält das Dreiecksmuster Linien, die in drei Richtungen gedruckt werden. Dies ergibt eine gleichmäßige Festigkeit in alle Richtungen und ist widerstandsfähiger gegen äußere Kräfte.

Beachten Sie, dass Sie die Anzahl der äußeren Schichten oder Schalen erhöhen müssen, wenn Sie eine glatte Oberfläche benötigen.

Tri-Sechseck: Das Tri-Hexagon-Füllmuster ist ein starkes 2D-Muster, das dem Dreiecksmuster ähnelt. Die Linien in jeder Schicht werden ebenfalls in drei Richtungen entlang der XY-Ebene gedruckt, jedoch so, dass sechs Dreiecke miteinander verschmolzen zu sein scheinen, um Sechsecke zu bilden, die sich zu einer Schicht verbinden.

Hochfeste Füllmuster (kubisch, kubische Unterteilung, Oktett, viertelkubisch, Kreisel)

Typische Füllungsdichte:>50 %

Kubik: Das kubische Füllmuster ist ein starkes 3D-Füllmuster, das aus gestapelten Würfeln besteht, die in einem Winkel von 45 Grad um die X-Achse und die Y-Achse geneigt sind. Dies gibt ihnen die Illusion, wie Dreiecke auszusehen.

Das kubische Füllmuster ist ziemlich stark, da es Druck aus allen Richtungen auf das Objekt aushalten kann, aber es erfordert mehr Material und hat eine langsamere Druckzeit. Es kann verwendet werden, um funktionale mechanische Teile zu drucken.

Kubik (Unterteilung): Das kubische Unterteilungsmuster ist dem kubischen Muster ziemlich ähnlich und hat die gleiche Stärke und Anwendungsfälle, aber es erfordert weniger Material zum Drucken. Dies wird erreicht, indem zur Mitte des Drucks hin größere Würfel erzeugt werden und auf diese Weise Material eingespart wird, wo die Füllung keinem nennenswerten äußeren Druck ausgesetzt ist.

Dieses Füllmuster ist jedoch zeitaufwändiger zu schneiden als andere Füllmuster.

Oktett: Das Oktett-Füllmuster ähnelt dem kubischen Muster, außer dass es nicht wie Dreiecke mit zunehmenden Steigungen, sondern wie Quadrate aussieht. Objekte mit dem Oktett-Füllmuster sind ziemlich stark, können Druck von allen Seiten aushalten und haben die Fähigkeit, mechanische Funktionen auszuführen.

Viertel Kubik: Das viertelkubische Füllmuster ähnelt anderen 3D-Mustern wie dem kubischen und dem Oktett und hat ähnliche Stärke und Anwendungsfälle. Sie können es für 3D-Modelle verwenden, selbst wenn der Umfang sehr dünn ist.

Gyroid: Das Gyroid-Füllmuster sieht absolut fantastisch aus und hat auch das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Seine perforierte Struktur macht es zu einem durchlässigen Feststoff (kann Flüssigkeiten oder Gas passieren lassen). Die Druckzeit und der Materialverbrauch sind optimal, aber führen Sie unbedingt einige Tests durch, wenn Sie jemals mit einer niedrigen Fülldichte drucken möchten, da die Gyroid-Struktur Unterstützung benötigt und mit einer relativ hohen Fülldichte gedruckt werden muss.

Flexible Füllmuster (Konzentrisch, Kreuz, Kreuz 3D)

Typische Füllungsdichte: 0–100 % (je nachdem, wie matschig der Druck sein soll).

Konzentrisch: Das konzentrische Füllmuster enthält konzentrische Linien, die der Form des Objekts (Umriss) ähneln. Die Objekte sind flexibel und können verdreht werden, ohne dass die Gesamtform erheblich beschädigt oder verformt wird. Dieses Muster verbraucht relativ wenig Filament und hat eine schnelle Druckzeit.

Es eignet sich jedoch nur zum Drucken flexibler Objekte und hat keine horizontale Festigkeit.

Kreuz: Das Kreuzfüllungsmuster ist so gedruckt, dass es aussieht, als wäre es aus ausgefallenen Kreuzen gemacht und hat leere Räume, die es den Drucken ermöglichen, ein erhebliches Verdrehen und Biegen zu überstehen.

Der Nachteil ist, dass es keine strukturelle Unterstützung gibt, um Kräften entgegenzuwirken, die horizontal auf das Objekt ausgeübt werden.

Cross-3D: Das Kreuz-3D-Füllmuster ähnelt dem Kreuzmuster, wird jedoch so gedruckt, dass sich die Linien mit zunehmendem Druck schräg bewegen. Es ist einfacher zu drucken und eignet sich ideal zum Drucken weicher und flexibler Objekte. Der Nachteil ist, dass es schwach ist und mehr Zeit zum Slicen benötigt.

Welches Füllmuster ist das stärkste?

Viele Leute, die 3D-Drucker verwendet haben, neigen dazu, Honeycomb (Cubic) als das stärkste Füllungsmuster zu empfehlen, da es zwar schwächer in Richtung der ausgeübten Kräfte ist, aber tatsächlich stärker als andere Muster, da es in alle Richtungen gleich stark ist denn jede kleine Wabenzelle ist so stark wie die gesamte Struktur.

Die sechseckigen Mechanismen in Wabenzellen sind so strukturiert, dass sie die Kraft verteilen und verteilen, und anstatt ihre Kraft auf nur ein oder zwei Punkte zu konzentrieren, verteilt das Wabenmuster diese Kraft über eine größere Fläche. Durch die Umverteilung der Kraft auf alle Teile der Struktur ist die Wabe besser in der Lage, allgemeine mechanische Kräfte zu bewältigen als jedes andere Muster.

Das wabenförmige (kubische) Füllmuster macht Drucke stark und steif, selbst bei großen, soliden Drucken. Die erhöhte Festigkeit ermöglicht es Ihnen, Teile mit großen Strukturen zu erstellen, die im Vergleich zu anderen Füllmustern viele vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen.

Aus theoretischer Sicht ist die geradlinige Füllung das stärkste Muster , wenn die aufgebrachte Kraft in Richtung der Linien der Füllschichten ist, d. h. Ansonsten ist es ein relativ schwaches Muster, aber es ist auch bemerkenswert effizient in Bezug auf die Verwendung von Kunststoff und druckt daher etwa 30 % schneller als Waben.

Zusamenfassend; Das stärkste Füllungsmuster für die meisten Situationen ist das Wabenmuster (kubisch), da es in der Lage ist, die aus allen Richtungen kommenden Kräfte über die gesamte Struktur zu verteilen. Das geradlinige Muster ist das absolut stärkste, aber nur, wenn die Kräfte in der gleichen Richtung wie die Füllung aufgebracht werden.

Wie wirkt sich die Fülldichte auf die Festigkeit aus und was ist ein guter Dichtebereich?

Ein weiterer Festigkeitsfaktor ist die Füllungsdichte, denn je dichter der Füllungsprozentsatz, desto stärker das Teil.

Betrachtet man die Festigkeit eines Objekts, so steht diese in direktem Zusammenhang mit seiner Struktur:Je höher der Füllungsanteil, desto mehr Material befindet sich in der Mitte eines Teils, mit dem äußere Kräfte fertig werden können, und desto stärker ist seine Bruchfestigkeit.

Da es die stabilste und zuverlässigste Struktur bietet, ist 100 % Füllung die beste. Das Drucken dauert jedoch aufgrund der verwendeten Materialmenge viel länger und kostet auch mehr, da mehr Filament benötigt wird als bei Alternativen mit geringerer Füllung.

Viele Menschen sind in den meisten Fällen mit einer Füllungsdichte von 20-50 % zufrieden, was bei den meisten Füllungsmustern die besten Ergebnisse liefert, und Sie werden überrascht sein zu erfahren, dass ein Filamentanteil von 50 % Ihnen möglicherweise bereits die gleiche Festigkeit wie 100 % verleiht. , oder in einigen Fällen sehr nahe dran.

Erwarten Sie keine drastische Erhöhung der Festigkeit, nachdem Sie die Fülldichte auf über 50 % erhöht haben, da Sie hier beginnen, deutlich abnehmende Erträge zu erzielen. Je höher der Filamentanteil, desto weniger effektiv wird die Erhöhung.

Es ist wahrscheinlich nicht notwendig, Ihre Teile mit einer Fülldichte von mehr als 75 % zu drucken, da dadurch nur zusätzliches Filament verschwendet und die Teile schwerer werden, es sei denn, Sie drucken Zahnräder.

Profi-Tipp :Ausrichtung der Fülllinien optimieren, um den Druck widerstandsfähiger zu machen:Die Standardausrichtung der Fülllinien beträgt 45°, und Sie können die Stärke mit dem gleichen Prozentsatz und Muster der Füllung erheblich verbessern, indem Sie einfach die Ausrichtung der Fülllinien auf eine bestimmte Weise anpassen (je nach.

Wie wirken sich Füllmuster und Dichte auf die Druckzeit aus?

Das Variieren des Füllungsprozentsatzes und des Musters kann sich auf die Stärke, den Materialverbrauch, die Druckzeit und andere Aspekte der Leistung Ihres Objekts auswirken. Jede Erhöhung der Festigkeit bedeutet normalerweise, dass Sie Kosten und Druckzeiten opfern müssen.

Der Schlüssel zur erfolgreichen Verwendung von Füllungsprozentsatz und -muster besteht darin, den optimalen Punkt zu finden, der irgendwo zwischen zu schwach und zu teuer liegt. Nur so können Kosten und Druckzeiten minimiert und die Festigkeit maximiert werden.

Es kann schwierig sein, Füllungseinstellungen aus verschiedenen Dichten, Mustern, Stilen und Ausrichtungen anzupassen, aber wenn Sie die richtige für Ihren Auftrag verwenden, kann das Drucken zum Kinderspiel werden.

Was ist die schnellste Füllung zum Drucken?

Das am einfachsten zu druckende und daher am schnellsten zu druckende Füllmuster ist die „Linien“-Füllung. Es ist auch das beliebteste aus dem einzigen Grund, dass es die Druckzeit im Vergleich zu anderen Mustern erheblich verkürzt und den Objekten immer noch eine gewisse Festigkeit verleiht.

Zusätzliche Faktoren, die die Stärke eines Abdrucks beeinflussen können

Während sich dieser Artikel hauptsächlich auf Füllmuster konzentriert, gibt es einige zusätzliche Faktoren, die die Qualität eines Drucks beeinflussen können, wie z. B. Filamenttyp, Filamentqualität, wie das Teil tatsächlich gedruckt wird, die Anzahl der Perimeter, Schichthöhe und mehr.

Filamenttyp

Es gibt Dutzende verschiedener Filamente (PLA, ABS, PETG, HIPS, Polycarbonat, Nylon und viele andere) und alle haben ihre Vor- und Nachteile.

PLA zum Beispiel ist sehr einfach zu drucken, verträgt jedoch keine hohen Temperaturen und sollte nicht für die Herstellung von Drucken verwendet werden, die Sie im Freien lassen.

Nylon ist bekannt dafür, ein fantastisches Filament zum Drucken von Zahnrädern zu sein, da es extrem widerstandsfähig ist, und Polycarbonat ist das stärkste Filament von allen, was die Zugfestigkeit angeht.

Im Wesentlichen müssen Sie das Material entsprechend seiner beabsichtigten Verwendung auswählen.

Filamentqualität

Während die meisten Arten von Filament heutzutage mehr als anständig hergestellt werden, erhöhen Sie Ihre Chancen auf einen erfolgreichen Druck und einen funktionierenden Druck, ohne zu schnell zu versagen, wenn Sie sicherstellen, dass Sie eine Filamentspule von einer angesehenen Marke erhalten.

Beachten Sie nur eines:Filamente können leicht beschädigt werden, insbesondere wenn sie Feuchtigkeit aufnehmen, was die meisten Filamente in kürzester Zeit tun. Daher sollten Sie lernen, sie richtig zu lagern und zu pflegen.

Um mehr zu erfahren, lesen Sie diesen Beitrag, den wir darüber geschrieben haben, wie man erkennt, ob Filament schlecht geworden ist, wie man es aufbewahrt und wie man Filament trocknet, das Feuchtigkeit absorbiert hat.

Ausrichtung drucken

Als ich zum ersten Mal davon erfuhr, muss ich sagen, dass ich überrascht war… obwohl es wirklich offensichtlich ist, wenn man darüber nachdenkt!

Die Schwachpunkte eines 3D-Drucks sind immer seine Schichtlinien, was bedeutet, dass das vertikale Drucken eines Objekts (was im Wesentlichen bedeutet, dass die Schichten horizontal gedruckt werden) zu einem ganz anderen Ergebnis in der Stärke führt, als wenn Sie das Modell horizontal drucken würden , oder auf seiner Seite.

CNC Kitchen hat einen Vergleich zwischen Druckhaken in stehender Ausrichtung und in horizontaler Ausrichtung durchgeführt, und die Ergebnisse in Bezug auf den Gesamtfestigkeitsunterschied waren ziemlich faszinierend:

Da das vertikale Drucken eines Hakens bedeutet, dass die Schichten horizontal gedruckt werden und diese Schichthaftung letztendlich viel schwächer ist, wenn eine Zugkraft auf den Haken ausgeübt wird, bricht er am Ende viel leichter als der horizontal gedruckte (mit nur so viel Kraft). ).

Das bedeutet nicht, dass Sie Ihre Modelle immer auf der Seite drucken sollten, sondern denken Sie darüber nach, wofür das Modell verwendet werden soll, und drucken Sie es so, dass die darauf ausgeübten Kräfte in die gleiche Richtung gehen wie das Filament.

Anzahl der Perimeter

Umrandungen sind der äußere Teil des Drucks, der Teil, den wir sehen, während sich die Füllung auf der Innenseite befindet, um zu verhindern, dass der Druck zusammenfällt.

Umfänge, auch Schalen genannt, haben einen großen Einfluss auf die Festigkeit, tatsächlich sind sie in den meisten Fällen viel wichtiger als Füllungen; Allein das Hinzufügen eines zusätzlichen Umfangs kann die Stärke des Drucks um den gleichen Betrag erhöhen, wie es das Hinzufügen von 10 % bis 15 % Füllung tun würde.

Ebenenhöhe

Im Allgemeinen gilt:Je niedriger die Schichthöhe, desto mehr Haftung wird vorhanden sein. Wenn Sie einen Druck senkrecht zu den Schichtlinien aufschneiden, wenn er mit einer wirklich dicken Schichthöhe gedruckt wurde, würden sichtbare Lücken zwischen den Filamentschichten entstehen, die das Teil schwächen würden.

Andererseits sorgt eine geringere Schichtdicke dafür, dass alle verschiedenen Schichten gut haften. Dies ist jedoch nur bis zu einem gewissen Punkt der Fall, da ein Druck unter 0,1 mm die Stärke eines Drucks verringert.

Im Wesentlichen beträgt die stärkste Schichthöhe 0,1 mm oder 0,12 mm. Wenn Sie diesen Wert über- oder unterschreiten, wird die Stärke des Drucks verringert.

Wie kann man die Stärke eines 3D-Drucks erhöhen?

Abgesehen von der Anpassung der Schichthöhe, dem Füllungsprozentsatz, dem Drucken des Objekts mit einer anderen Ausrichtung und all den gerade erwähnten Schritten können Sie den Druck auch glühen, was darin besteht, das gesamte gedruckte Objekt auf seine Glasübergangstemperatur zu erhitzen, so dass es leicht wird „schmilzt“, wodurch sich die Molekularstruktur des Filaments verändert und die Lagen noch besser haften.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie der Glühprozess funktioniert, lesen Sie diesen Artikel.

Zusammenfassung:Füllung für verschiedene Druckarten

Ich habe all diese Informationen bereits früher erwähnt, aber hier ist nur ein kurzer Überblick darüber, welchen Füllungsprozentsatz und welches Muster Sie je nach Art des zu druckenden Objekts verwenden sollten.

Teile, die stark und widerstandsfähig sein müssen

• Füllmuster: Kubisch, kubische Unterteilung, Oktett, Viertelkubik, Gyroid
• Füllprozentsätze: 50–75 %

Normale Drucke

• Füllmuster: Gitter, Dreiecke, Dreisechseck
• Füllprozentsätze: 15–50 %

Modelle, Figuren und Miniaturen

• Füllmuster: Linien, Zickzack
• Füllprozentsätze: 0–15 %

Flexible Drucke

• Füllmuster: Konzentrisch, Kreuz, Kreuz 3D
• Füllprozentsätze: 0-100 % (je nach Vorliebe für Matschigkeit)

Schlussfolgerung

Wie ich bereits erwähnt habe, sind die stärksten Füllungsmuster geradlinig und wabenförmig, wobei letzteres nicht so stark in Bezug auf Zugfestigkeit, aber stärker in jeder anderen Hinsicht ist.

Vergessen Sie nicht, dass es viele andere Faktoren gibt, die die Stärke und Widerstandsfähigkeit Ihres Drucks beeinflussen, also denken Sie auch an diese!

Ich hoffe, diese Informationen waren hilfreich!

Ich wünsche Ihnen einen schönen Tag!

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