Padrões de Preenchimento; Qual é o mais forte para impressão 3D?

Os padrões de preenchimento estão em conformidade com a estrutura interna de uma peça impressa em 3D e têm um efeito significativo no tempo de impressão da peça, consumo de filamento, flexibilidade, resistência, peso e para que ela pode ser usada.

A maioria das pessoas comete o erro de supor que esses fatores dependem apenas do número de conchas/perímetros e da densidade de preenchimento, no entanto, há uma boa razão para o Cura oferecer 13 padrões de preenchimento diferentes, pois há muito a considerar ao escolher um padrão de preenchimento para uma determinada parte.

Padrões de preenchimento têm vantagens, mas também desvantagens. Há fatores importantes a serem considerados ao escolher um padrão para suas peças, como resistência, duração da impressão e flexibilidade do produto acabado. Essas propriedades diferentes podem tornar um padrão mais desejável do que outro, dependendo do que você pretende fazer com a peça posteriormente.

Neste artigo, falarei sobre os diferentes padrões de preenchimento disponíveis, quando usá-los (dependendo da força que a impressão exige), como tornar uma impressão 3D mais forte e muito mais!

Resumidamente; A combinação de um padrão retilíneo com 100% de preenchimento mostra a maior resistência à tração com um valor de 36,4 Mpa. Isso só é verdade, no entanto, se as forças aplicadas seguirem a mesma direção das camadas de preenchimento. Para a maioria das impressões, o padrão geral mais forte é o favo de mel com um preenchimento de cerca de 50% .

A fonte para esta informação pode ser encontrada neste estudo de 2016 aqui.

Agora, sem mais delongas, vamos começar!

Diferentes padrões de preenchimento e seu uso

O tipo de padrão que você escolher deve depender das necessidades de uma peça específica. Então, aqui estão os 13 padrões de preenchimento que estão sendo oferecidos atualmente pelo Cura e discutiremos brevemente suas vantagens e desvantagens e a justificativa para usar cada um deles.

Padrões de preenchimento de baixa resistência (linhas, ziguezague)

Densidade de preenchimento típica: 0-15%

Linhas: O padrão de preenchimento de linhas é um padrão de preenchimento 2D e, como o nome sugere, consiste em camadas de linhas horizontais. Todas as linhas na mesma camada têm a mesma direção, mas o ângulo entre as linhas das camadas sucessivas é de 90 graus. Em outras palavras, essas linhas horizontais são impressas ao longo do eixo X e do eixo Y de um plano 2D.

O padrão de preenchimento de linhas é recomendado para impressão de objetos de teste e protótipos porque consome menos material e tem um tempo de impressão mais rápido do que a maioria dos outros padrões. Isso significa que as peças são leves e podem flutuar na água. Também é adequado para imprimir objetos decorativos como figurinhas e modelos.

As impressões são moderadamente fortes quando comprimidas pelas laterais, mas como não há suporte estrutural ao longo do eixo Z, elas não suportam muita força na vertical. Isso torna esse padrão inadequado para peças que devem sofrer forças mecânicas até mesmo moderadas.

Zig-Zag: O padrão de preenchimento em zig-zag é bastante semelhante ao padrão de preenchimento de linhas e tem as mesmas vantagens e desvantagens, assim como os casos de uso.

A única diferença é a forma como uma camada de linhas é impressa. No padrão de preenchimento de linhas, uma camada possui mais de uma linha e estas não estão conectadas entre si, enquanto no padrão de preenchimento em ziguezague, uma camada consiste em apenas uma única linha contínua. A diferença só pode ser identificada observando as bordas de ambos os padrões de preenchimento.

Padrões de preenchimento de força média (grade, triângulos, tri-hexágono)

Densidade de preenchimento típica: 15-50%

Circuito: O padrão de preenchimento de grade é semelhante ao padrão de preenchimento de linhas, no entanto, cada camada consiste em linhas impressas ao longo do eixo X e do eixo Y. Isso significa que as linhas na mesma camada parecem ter um ângulo de 90 graus entre elas. Isso faz com que as camadas pareçam uma grade e, por causa disso, diferentemente do padrão de preenchimento de linhas, uma única camada pode ter força em duas dimensões.

O padrão de preenchimento gird é mais forte, mas consome mais material e tem tempos de impressão mais lentos em comparação com os padrões de preenchimento de linhas e zig-zag.

Triângulos: O padrão de preenchimento de triângulos consiste em triângulos que são fundidos para formar camadas que são empilhadas verticalmente. Ao contrário dos três padrões anteriores, onde as linhas são impressas apenas em duas direções ao longo do plano XY, o padrão triangular contém linhas impressas em três direções. Isto dá uma força uniforme em todas as direções e é mais resistente às forças externas.

Observe que, se você precisar de uma superfície lisa, terá que aumentar o número de camadas ou cascas externas.

Tri-hexágono: O padrão de preenchimento tri-hexágono é um padrão 2D forte que é semelhante ao padrão de triângulos. As linhas em cada camada também são impressas em três direções ao longo do plano XY, mas de tal forma que seis triângulos parecem estar fundidos para formar hexágonos que se conectam para formar uma camada.

Padrões de preenchimento de alta resistência (cúbico, subdivisão cúbica, octeto, quarto cúbico, giroide)

Densidade de preenchimento típica:>50%

Cúbico: O padrão de preenchimento cúbico é um padrão de preenchimento 3D forte que é composto de cubos empilhados que são inclinados em um ângulo de 45 graus em torno dos eixos X e Y. Isso lhes dá a ilusão de se parecerem com triângulos.

O padrão de preenchimento cúbico é bastante forte, pois pode lidar com a pressão aplicada ao objeto de todas as direções, mas requer mais material e tem um tempo de impressão mais lento. Pode ser usado para imprimir peças mecânicas funcionais.

Cúbico (Subdivisão): O padrão Cubic Subdivision é bastante semelhante ao padrão Cubic e tem a mesma força e casos de uso, mas requer menos material para ser impresso. Isso é conseguido criando cubos maiores no meio da impressão e, dessa forma, o material é salvo onde o preenchimento não sofre uma quantidade significativa de pressão externa.

No entanto, esse padrão de preenchimento é mais demorado para fatiar do que outros padrões de preenchimento.

Octeto: O padrão de preenchimento do octeto é semelhante ao padrão cúbico, exceto que, em vez de se parecer com triângulos de inclinações crescentes, ele se parece com quadrados. Objetos com o padrão de preenchimento de octeto são bastante fortes, podem sobreviver à pressão de todos os lados e têm a capacidade de executar funções mecânicas.

Quarto Cúbico: O padrão de preenchimento de um quarto cúbico é semelhante a outros padrões 3D, como o cúbico e o octeto, e tem força e casos de uso semelhantes. Você pode usá-lo em modelos 3D mesmo quando o perímetro é muito fino.

Giroide: O padrão de preenchimento do giroide parece absolutamente fantástico e também possui a maior relação resistência / peso. Sua estrutura perfurada o torna um sólido permeável (pode permitir a passagem de líquidos ou gases). Seu tempo de impressão e uso de material são ótimos, mas certifique-se de fazer alguns testes se quiser imprimir com uma densidade de preenchimento baixa, pois a estrutura Gyroid precisa de suporte e precisa ser impressa com uma densidade de preenchimento relativamente alta.

Padrões de preenchimento flexíveis (concêntrico, cruzado, cruzado 3D)

Densidade de preenchimento típica: 0-100% (Dependendo de quão macia você deseja que a impressão seja).

Concêntrico: O padrão de preenchimento concêntrico contém linhas concêntricas semelhantes à forma do objeto (contorno). Os objetos são flexíveis e podem ser torcidos sem sofrer danos ou deformações significativas na forma geral. Este padrão consome uma quantidade relativamente baixa de filamento e tem um tempo de impressão rápido.

No entanto, é adequado apenas para imprimir objetos flexíveis e não possui força horizontal.

Cruz: O padrão de preenchimento cruzado é impresso de tal forma que parece ser feito de cruzes extravagantes e que têm espaços vazios que permitem que as estampas sobrevivam a torções e dobras significativas.

A desvantagem é que não há suporte estrutural para contrariar as forças que são exercidas horizontalmente sobre o objeto.

Cross 3D: O padrão de preenchimento 3D cruzado é semelhante ao padrão Cruz, mas é impresso de tal forma que, à medida que a impressão cresce, as linhas se movem em inclinações. É mais fácil de imprimir e é ideal para imprimir objetos macios e flexíveis. A desvantagem é que é fraco e requer mais tempo para fatiar.

Qual ​​padrão de preenchimento é o mais forte?

Muitas pessoas que usaram impressoras 3D tendem a recomendar Honeycomb (Cubic) como o padrão de preenchimento mais forte, pois, embora seja mais fraco na direção das forças aplicadas, na verdade é mais forte do que outros padrões porque é igualmente forte em todas as direções pois cada pequena célula do favo de mel é tão forte quanto toda a estrutura.

Os mecanismos hexagonais nas células em favo de mel são estruturados para difundir e distribuir força e, em vez de ter sua força concentrada em apenas um ou dois pontos, o padrão em favo de mel espalha essa força por uma área maior. Ao redistribuir a força para todas as partes da estrutura, o favo de mel é mais capaz de lidar com forças mecânicas gerais do que qualquer outro padrão.

O padrão de preenchimento em favo de mel (cúbico) torna as impressões fortes e rígidas, mesmo em impressões grandes e sólidas. O aumento da resistência permite criar peças com grandes estruturas e que possuem muitas propriedades mecânicas vantajosas quando comparadas a outros padrões de preenchimento.

De uma perspectiva teórica, o preenchimento retilíneo é o padrão mais forte , se a força aplicada estiver na direção das linhas das camadas de preenchimento, ou seja. Caso contrário, é um padrão relativamente fraco, mas também é notavelmente eficiente em termos de uso de plástico e, portanto, imprime cerca de 30% mais rápido que o favo de mel.

Resumidamente; O padrão de preenchimento mais forte para a maioria das situações é o padrão favo de mel (cúbico), pois é capaz de distribuir as forças vindas de qualquer direção por toda a estrutura. O padrão retilíneo é o mais forte, mas somente se as forças forem aplicadas na mesma direção do preenchimento.

Como a densidade de preenchimento afeta a resistência e qual é uma boa faixa de densidade?

Outro fator de resistência é a densidade de preenchimento, pois quanto mais densa a porcentagem de preenchimento, mais forte é a peça.

Se você considerar a força de um objeto, ela está diretamente relacionada à sua estrutura:quanto maior a porcentagem de preenchimento, mais material há no meio de uma peça para lidar com forças externas e, portanto, maior sua resistência à quebra.

Por fornecer a estrutura mais robusta e confiável, o preenchimento 100% é o melhor. No entanto, a impressão levará muito mais tempo devido à quantidade de material usado e também custará mais, pois exige mais filamento do que as alternativas de preenchimento inferior.

Muitas pessoas ficam satisfeitas na maioria dos casos com uma densidade de preenchimento de 20-50%, que dá os melhores resultados com a maioria dos padrões de preenchimento e você ficará surpreso ao saber que uma porcentagem de filamento de 50% já pode fornecer a mesma força que 100% , ou muito próximo disso, em alguns casos.

Não espere um aumento drástico na força após aumentar a densidade de preenchimento além de 50%, pois é aqui que você começará a obter retornos decrescentes significativos. Quanto maior a porcentagem de filamento, menos e menos eficaz se torna o aumento.

Provavelmente não é necessário imprimir suas peças acima de 75% de densidade de preenchimento, pois apenas desperdiça filamento extra e torna as peças mais pesadas, a menos que você esteja imprimindo engrenagens.

Dica profissional :Otimize a orientação da linha de preenchimento para tornar a impressão mais resistente:A orientação padrão das linhas de preenchimento é de 45° e você pode fazer melhorias significativas na resistência com a mesma porcentagem e padrão do preenchimento apenas ajustando a orientação das linhas de preenchimento de uma maneira específica (dependendo.

Como os padrões de preenchimento e a densidade afetam o tempo de impressão?

Variar a porcentagem de preenchimento e o padrão pode afetar a resistência, o uso do material, o tempo de impressão e outros aspectos do desempenho do seu objeto. Cada aumento na resistência geralmente significa que você tem que sacrificar custos e tempos de impressão.

A chave para usar a porcentagem e o padrão de preenchimento com sucesso é encontrar o ponto ideal que fica em algum lugar entre muito fraco e muito caro. Esta é a única maneira de minimizar custos e tempos de impressão e maximizar a resistência.

Pode ser difícil personalizar as configurações de preenchimento de diferentes densidades, padrões, estilos e orientações, mas quando você usa o caminho certo para o seu trabalho, a impressão pode se tornar uma moleza.

Qual ​​é o preenchimento mais rápido para imprimir?

O padrão de preenchimento mais simples de imprimir e, portanto, o mais rápido, é o preenchimento de “linhas”. Também é o mais popular pelo único motivo de reduzir significativamente o tempo de impressão quando comparado a outros padrões e ainda fornecer uma resistência decente aos objetos.

Fatores adicionais que podem afetar a resistência de uma impressão

Embora este artigo possa estar focado principalmente em padrões de preenchimento, existem alguns fatores adicionais que podem afetar a qualidade de uma impressão, como tipo de filamento, qualidade do filamento, como a peça é realmente impressa, o número de perímetros, altura da camada, e mais.

Tipo de filamento

Existem dezenas de filamentos diferentes (PLA, ABS, PETG, HIPS, Policarbonato, Nylon e muitos outros) e todos eles têm suas vantagens e desvantagens.

O PLA, por exemplo, é muito fácil de imprimir, mas não suporta altas temperaturas e não deve ser usado para fazer impressões que você deixará ao ar livre.

O nylon é conhecido por ser um filamento fantástico para imprimir engrenagens, pois é extremamente resistente, e o policarbonato é o filamento mais forte de todos, no que diz respeito à resistência à tração.

Essencialmente, você precisará escolher o material de acordo com o uso pretendido.

Qualidade do filamento

Embora a maioria dos tipos de filamentos hoje em dia sejam feitos de forma mais do que decente, certificar-se de obter um carretel de filamento de uma marca respeitável aumentará suas chances de imprimir com sucesso e ter uma impressão que será funcional sem falhar muito cedo.

Apenas observe uma coisa:o filamento pode ser facilmente danificado, principalmente se absorver umidade, o que a maioria dos filamentos fará e em pouco tempo, então você deve aprender como armazená-los e cuidar deles adequadamente.

Para saber mais, confira este post que escrevemos sobre como saber se o filamento está ruim, como armazená-lo e como secar o filamento que absorveu umidade.

Orientação de impressão

Quando descobri isso, devo dizer que fiquei surpreso… mesmo que seja realmente óbvio quando você pensa sobre isso!

Os pontos fracos de uma impressão 3D são sempre suas linhas de camada, o que significa que imprimir um objeto verticalmente (o que essencialmente significa que as camadas serão impressas de maneira horizontal) produzirá um resultado muito diferente em força do que se você imprimisse o modelo horizontalmente , ou ao seu lado.

A CNC Kitchen fez uma comparação entre os ganchos de impressão na orientação vertical e na orientação horizontal e os resultados na diferença geral de resistência foram bastante fascinantes:

Como imprimir um gancho na vertical significa que as camadas são impressas na horizontal, e essa adesão de camada acaba sendo muito mais fraca ao exercer uma força de tração no gancho, ele acaba quebrando bem mais fácil do que o impresso na horizontal (com apenas a mesma força sendo aplicada ).

Isso não significa que você deve sempre imprimir seus modelos de lado, mas sim pensar sobre qual será o uso do modelo e imprimi-lo de tal forma que as forças aplicadas a ele sejam na mesma direção que o filamento.

Número de perímetros

Os perímetros são a parte externa da impressão, a parte que vemos, enquanto o preenchimento fica na parte interna para evitar que a impressão colapse.

Os perímetros, também conhecidos como conchas, têm um grande impacto na resistência, na verdade, são muito mais importantes que o preenchimento na maioria dos casos; A simples adição de um perímetro adicional pode aumentar a resistência da impressão na mesma quantidade que a adição de 10% a 15% de preenchimento faria.

Altura da camada

Geralmente, quanto menor a altura da camada, maior será a adesão. Se você cortar uma impressão perpendicular às linhas da camada, se ela foi impressa com uma altura de camada muito grossa, haveria lacunas visíveis entre as camadas do filamento, o que enfraqueceria a peça.

Por outro lado, uma espessura de camada menor garantirá que todas as diferentes camadas estejam aderindo adequadamente. No entanto, isso é apenas até certo ponto, pois ficar abaixo de 0,1 mm diminuirá a força da impressão.

Essencialmente, a altura da camada mais forte é 0,1 mm ou 0,12 mm, acima ou abaixo desse valor diminuirá a resistência da impressão.

Como aumentar a resistência de uma impressão 3D?

Além de ajustar a altura da camada, a porcentagem de preenchimento, imprimir o objeto com uma orientação diferente e todos os passos que acabei de mencionar, você também pode recozir a impressão, que consiste em aquecer todo o objeto impresso à sua temperatura de transição vítrea para que ele “derrete”, o que altera a estrutura molecular do filamento e também ajuda as camadas a aderirem ainda melhor.

Se você quiser saber mais sobre como funciona o processo de recozimento, confira este artigo.

Resumo:Preenchimento para diferentes tipos de impressão

Eu já mencionei todas essas informações anteriormente, mas aqui está apenas um resumo rápido de qual porcentagem de preenchimento e padrão você deve usar dependendo do tipo de objeto que você estará imprimindo.

Peças que precisam ser fortes e resistentes

• Padrões de preenchimento: Cúbico, subdivisão cúbica, octeto, quarto cúbico, giroide
• Porcentagens de preenchimento: 50-75%

Impressões normais

• Padrões de preenchimento: Grade, triângulos, tri-hexágono
• Porcentagens de preenchimento: 15-50%

Modelos, figuras e miniaturas

• Padrões de preenchimento: Linhas, zig-zag
• Porcentagens de preenchimento: 0-15%

Impressões flexíveis

• Padrões de preenchimento: Concêntrico, cruzado, cruzado 3D
• Porcentagens de preenchimento: 0-100% (dependendo da sua preferência por maciez)

Conclusão

Como mencionei, os padrões de preenchimento mais fortes são retilíneos e favos de mel, com o último não sendo tão forte em termos de resistência à tração, mas mais forte em todos os outros aspectos.

Não se esqueça de que existem muitos outros fatores que influenciam a força e a resistência da sua impressão, portanto, lembre-se disso também!

Espero que esta informação tenha sido útil!

Tenha um ótimo dia!

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