Impressão 3D com Gyroid Infills:tudo o que você precisa saber!

A maioria dos fabricantes da comunidade de impressão 3D está ciente da importância de escolher um padrão e porcentagem de preenchimento corretos quando se trata de criar peças de trabalho para protótipos e fins de produção.

Nos últimos anos, muitos novos padrões surgiram para abordar questões técnicas específicas. Alguns padrões encontraram seu lugar na caixa de ferramentas do criador, enquanto outros foram jogados fora e são lembrados como um experimento interessante.

Você pode estar ciente da existência do Gyroid Infill , o que é interessante devido a vários fatores. Vamos descobrir o que é o padrão giroide e como ele é útil.

O Preenchimento de giroscópio é um padrão cuja característica mais importante é a sua simetria cúbica, que ao contrário de todos os outros padrões é uma estrutura quase isotrópica, o que significa que é igualmente resistente a forças provenientes de todas as direções. Sua principal vantagem é sua resistência total e resistência geral, mesmo em porcentagens de preenchimento mais baixas.

O que é um preenchimento de giroide?

A maioria dos objetos impressos em 3D precisa de uma estrutura interna que vincule perímetros e camadas superior/inferior. É por isso que definimos um padrão de preenchimento e porcentagem durante o fatiamento. Qualquer tipo de estrutura pode lidar com isso, mas cada uma tem suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, o Preenchimento de linhas é mais rápido, mas relativamente mais fraco do que os outros padrões, a menos que as forças aplicadas a ele estejam seguindo as linhas de preenchimento.

À medida que a comunidade de fabricantes experimentava designs especiais, novas maneiras de preencher peças impressas em 3D foram incorporadas. Em 2017, estudos realizados em estruturas de grafeno do tipo giroide revelaram que esse formato conferiu às peças uma resistência excepcional. Quando aplicado à impressão 3D, isso resulta em uma estrutura que combina rigidez e velocidade de impressão.

O Preenchimento de giroscópio é feito com movimentos curvilíneos contínuos da extrusora. Isso resulta em um movimento suave e uma deposição de filamento altamente constante.

Sua resistência é muitas vezes comparada à do favo de mel, outro padrão de preenchimento inspirado na natureza. A principal diferença entre eles é como eles são construídos. O favo de mel, como a maioria dos preenchimentos, repete sua forma em cada camada. Isso força você a definir uma porcentagem de preenchimento mais alta se precisar aumentar a resistência à compressão no eixo Z. Ao usar gyroid, você distribui igualmente a resistência do objeto para cada eixo, então a porcentagem de preenchimento é mais eficiente. Em termos técnicos, o Gyroid Infill está próximo de ser isotrópico, o que é uma de suas maiores vantagens.

Outro padrão que varia em cada camada é o preenchimento cúbico. Forma pequenos cubos à medida que a extrusora sobe durante a impressão. Isso torna o objeto muito resistente às forças de compressão vindas de todas as direções. Independentemente disso, o Gyroid Infill também é melhor nos casos em que sua impressão requer resistência ao cisalhamento.

O que é um giroide

Um giroide é tecnicamente uma Superfície Mínima Triplamente Periódica (TPMS). Essas superfícies não se cruzam e, por isso, formam um “labirinto”. Eles podem ser subdivididos em até uma célula unitária em três dimensões, para que possam ser replicados em uma impressora 3D.

Além de seu uso em estruturas de grafeno, esse padrão tem aplicações em supercapacitores, células solares e membranas nanoporosas. Padrões semelhantes são vistos nas asas das borboletas, o que explica sua leveza e alta resistência.

A propriedade mais importante do giroide em relação à impressão 3D é sua simetria cúbica. Isso significa que, embora não seja totalmente verdade no sentido matemático, podemos considerá-la uma estrutura isotrópica. Um objeto isotrópico tem a mesma resistência em qualquer direção. Entre os diferentes padrões de preenchimento, o giroide é o mais indicado para peças que exigem pura resistência. A sua relação peso/resistência é muito inferior à maioria dos padrões conhecidos, pelo que uma peça com este enchimento pode suportar maiores cargas utilizando menos material.

Propriedades do preenchimento do giroide

Desde que o Gyroid Infill começou a ser usado, muitos usuários colocaram essa estrutura à prova, para mostrar se ela realmente possui propriedades superiores ao padrão honeycomb, uma estrutura baseada em hexágonos.

Encontrei um experimento ¹ que testou a resistência de diferentes preenchimentos aplicando uma força de cisalhamento em barras impressas em 3D. Para isso, foram impressas três barras idênticas, com diferentes padrões de preenchimento:linhas, favo de mel e giroide. O peso máximo suportado por cada barra foi então registrado.

As conclusões deste experimento foram as seguintes:

• O giroide foi a estrutura mais forte em geral ao usar a mesma porcentagem de preenchimento.
• O peso da barra de giroide impressa era quase 10% mais leve que a barra de favo de mel.
• O tempo de impressão da barra giroide foi o menor dos três.

O padrão giroide provou ser mais forte e mais rápido, e usa menos material que os outros. Se não levarmos em consideração os perímetros, o peso do giroide é quase 30% mais leve que o do favo de mel. Assim, economiza dinheiro e tempo sem grandes inconvenientes.

Vantagens do preenchimento de giroide

Perto de ser isotrópico:

Um material isotrópico mantém suas propriedades em qualquer direção. Embora tecnicamente não seja verdade na definição matemática mais pura, a simetria do Gyroid Infill em todos os três eixos ajuda a equalizar sua resistência em qualquer direção.

Alguns padrões, como linhas, só têm boa resistência se as forças vierem da mesma direção do preenchimento. Outros são bons quando comprimidos, mas fracos para tensões de cisalhamento. O giroide tem uma resistência muito boa a qualquer combinação e direção de forças.

No geral muito forte

O preenchimento do giroide é tão forte que pode até ser impresso sem usar perímetros. Alguns objetos são projetados localizando perímetros apenas em partes absolutamente necessárias. Os demais padrões de preenchimento precisam “apoiar-se” nos perímetros, caso contrário, sua estrutura entraria em colapso.

Tempos de impressão mais curtos

Dada a mesma porcentagem de preenchimento, o giroide imprime de 2% a 5% mais rápido que o padrão retilíneo. Quando falamos de produção em massa, esses valores são significativos.

Menos consumo de material

Outro fator econômico:com menos filamento pode-se fazer uma peça mais resistente. Como ele pode ser impresso sem paredes enquanto é funcional, você pode reduzir ainda mais seu peso.

Preenchimento bonito

Embora seja uma questão de gosto pessoal, o preenchimento do giroide pode ser considerado o mais atraente de todos os padrões atualmente disponíveis. Muitos designers modelaram vasos, copos ou potes sem perímetros, expondo o recheio. Os resultados são surpreendentes, como veremos mais adiante.

Não se sobrepõe na mesma camada

A estrutura não possui pontos fracos, pois suas linhas são contínuas ao longo de toda a camada. Isso também reduz os problemas de extrusão ou entupimento do bico.

É independente de orientação

Às vezes você precisa imprimir o objeto com uma orientação específica. Essa orientação pode não ser a mesma necessária para obter a melhor resistência. Com um preenchimento de giroide, você pode resolver esse problema, pois possui a mesma resistência em qualquer direção. Essa propriedade pode ajudar a reduzir o consumo de filamento, pois você precisa de menos suportes com uma orientação adequada do objeto.

Permite que você considere o uso de materiais mais fracos

Quando precisamos de um objeto impresso em 3D forte, muitas vezes pensamos em ABS ou Nylon como a escolha óbvia, pois são fortes e resistentes. Mas poderíamos melhorar a resistência ao PLA usando um preenchimento de giroide, tornando o objeto mais barato e mais fácil de imprimir.

Não precisa de suporte

Cada TPMS é autossustentável por natureza, tornando-os perfeitos para a fabricação de FDM.

Permite a passagem de fluidos

Você pode usar esse padrão para aplicações que exigem fluxo de ar ou água, como embalagens eletrônicas ou dissipadores de calor.

Desvantagens do preenchimento do giroide

Tempos de corte mais altos

Embora esse fator seja subestimado com frequência, o tempo de fatiamento pode ser excessivo se tivermos que contar com um computador de baixo desempenho. Os códigos G gerados geralmente são maiores ao usar o giroide. Isso pode fazer com que as impressões falhem quando a impressora estiver conectada ao computador via USB.

A vibração da impressora pode ser bastante alta em porcentagens de preenchimento mais altas

Como o giroide é formado por curvas, a extrusora tem que se movimentar muito em todas as direções. Isso produz vibrações indesejadas que são transmitidas ao objeto, especialmente em alta velocidade. A solução é reduzir a porcentagem de preenchimento para obter movimentos mais amplos da extrusora e diminuir a velocidade de preenchimento. Lembre-se de que esse padrão não precisa de muito preenchimento para funcionar bem.

Configurações do slicer de preenchimento do giroscópio

A principal vantagem do padrão giroide é que ele não precisa de muita porcentagem de preenchimento para ser resistente:uma pequena peça com 2 perímetros e 10% de preenchimento suporta quase 10 kg. Se você aumentar a porcentagem, a resistência aumentará de maneira não linear. Você pode começar com um preenchimento de 5% e aumentá-lo nos casos em que for necessária mais resistência.

A velocidade de impressão pode ser ligeiramente superior. De qualquer forma, recomendo que você continue usando a mesma velocidade que vem usando. Tenha certeza de que reduzindo a porcentagem de preenchimento e mantendo a velocidade de movimento, o tempo de impressão ainda será reduzido substancialmente.

Se você não encontrar o Gyroid nas configurações do slicer, baixe a versão mais recente do Cura. Isso também se aplica ao PrusaSlicer, Simplify3D e outros slicers populares.

Usos criativos com preenchimentos Gyroid

Devido à forma interessante de um giroide, esse padrão chamou a atenção de artistas e criadores. Vamos ver como as propriedades do giroide podem ser usadas para fazer peças complexas e interessantes:

Giroide imprimível em 3D por Dan O'Connell

Este design é simplesmente um cubo sem paredes externas. Com esta peça podemos testar a resistência do objeto, colocando objetos pesados ​​em qualquer uma de suas faces. Também permite ver como seu “labirinto” permite que a água (ou qualquer fluido) entre e saia completamente, sem estagnar em algum recanto interno. É uma peça ideal para mostrar a estrutura do giroide para quem nunca viu um.

Lâmpada giroide imprimível em 3D por Greg

Uma lâmpada esférica com um padrão de giroide. Como o giroide é uma superfície (tecnicamente não é um corpo) ele permite a passagem da luz da lâmpada. Além disso, sua resistência estrutural protege a lâmpada de impactos diretos. Fica ótimo quando impresso com materiais translúcidos, como PETG.

Marcador Giróide imprimível em 3D da PlasticPasta 3D

Este design (um marcador) combina a alta resistência do giroide com sua beleza estrutural. Isso mostra que esse padrão de preenchimento pode ser usado para aprimorar a estética de objetos familiares. Por outro lado, livros e coisas nerds se dão muito bem…

Suporte de Prateleira Giróide Imprimível em 3D por Alexander

Este suporte de prateleira foi projetado para suportar pesos superiores a 20 kg, utilizando apenas 67 g de material! São mais de 20 livros. Demonstra que a impressão 3D ainda tem coisas a dizer.

Além disso, sua aparência de “esponja de osso” fica ótima quando impressa em branco…

Depois de experimentar o giroide, não haverá volta. Alta resistência, baixo peso e tempos de impressão mais curtos, tudo o que um fabricante deseja!

Conclusão

Tendo passado pelos detalhes técnicos e pelas aplicações artísticas do Gyroid Infill, espero poder transmitir pelo menos um pouco do espanto que tenho por este padrão. Embora eu já use esse padrão como meu preenchimento padrão, ainda estou impressionado com a aparência e as propriedades que ele possui. Você definitivamente deve considerar começar a usá-lo ou pelo menos tentar!

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