3D打印中填充密度和填充图案的最佳选择！

导读：与大多数其他制造技术相比，3D打印必须控制零件的两个结构的精度：外壁和填充物。外壁，是指零件的最外层区域，而填充物则是零件内部存在的任何东西。通常打印人员会对外壁有一定程度的控制，但填充物更具灵活性和设计性，并且在零件的强度、重量、结构、浮力等方面发挥着巨大作用。在 3D 打印中，用户可以定义许多参数来控制用于零件的填充类型。



在所有这些参数中，最重要的参数有两个：填充密度和填充图案。下面，南极熊将带您一起通过几种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 打印与传统制造

填充 3D 打印不同于其他更传统的制造方法。让我们以注塑成型和减材制造为例。注塑成型涉及将材料插入模具中以形成零件，由于这种技术本身的性质，控制内部结构根本不可能。因此，注塑成型零件要么是实心的，要么是空心的（采用气体注射成型），没有介于两者之间。减材制造，如CNC 加工，需要切割材料。与注塑成型类似，填充物无法调整，因此内部完全是实心的。但3D打印可以设计任何的团，并进行挤压材料层层制造。

填充密度会显着影响材料消耗


△填充密度会显着影响材料消耗（来源：BozarthPrime via MyMiniFactory）

填充密度是零件内部的“丰满度”。在切片机中，用0 %-100%的百分比进行表示，其中 0% 表示部分空心，100% 表示完全实心。填充密度会极大地影响零件的重量：零件的内部越饱满，它就越重。除了重量，打印时间、材料消耗和浮力也受到填充密度的影响。强度也是如此，当然它还与材料和层高等许多其他因素有关。

一些切片机还允许在同一部件内使用不同的填充密度。这称为可变填充密度，切片程序中的特定设置允许用户为打印的不同区域指定所需的任何密度变化。那么，在实际打印中应该使用多少百分比的填充密度呢？

●对于不需要超强的大多数“标准”打印品，建议使用 15-50% 的填充密度。此密度百分比可缩短打印时间、节省材料并提供良好的强度。

●功能性打印品需要坚固。因此，建议使用更高的填充：超过 50%。这种设置回消耗更长的打印时间并消耗更多的丝材，但会获得强度更大的零件。

●对于仅用于展示目的的小雕像模型，建议使用 0-15% 的填充密度。这可以提高打印速度，并且根本不会消耗很多丝材。这个密度范围打印的模型会很轻，但不是很结实。

推荐设置
1.标准打印：  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%

填充图案


△不同的填充图案提供各种强度和令人惊叹的设计（来源：MilesFromNeihu via Thingiverse）

填充图案是零件内部材料的结构和形状。从简单的线条到更复杂的几何形状，填充图案会影响零件的强度、重量、打印时间，甚至灵活性。在不同的切片器程序中，有许多不同的填充模式。例如，Cura (2.2) 有 14 种不同的填充图案可供选择，而PrusaSlicer (2.5) 有 17 种 ，Simplify3D 有 6 种。

与填充密度一样，不同的填充图案具有不同的属性，如复杂性、材料效率和连接强度平面的数量（2D 或 3D）。例如，螺旋形图案在三个维度上连接外壁，提供更多的整体强度。因此，与线条等图案相比，此图案占用更多材料。那么应该选择哪种填充图案呢？

●线条：线条填充图案包含每隔一层在一个方向（沿 X 轴或 Y 轴）打印的线条。这种填充图案仅在两个维度上提供强度，有利于快速打印。线条图案不会使用太多材料，并且重量很轻。

●蜂巢：顾名思义，这种图案产生蜂巢结构，营造出吸引人的视觉效果。这种填充图案适用于需要中等强度的半快速打印，并且不消耗太多材料。

●网格：网格填充图案在外观上类似于线条，但不是每隔一层单向线条，而是每层包含二维线条，线条之间的空间是原来的两倍。这种模式提供了二维力量，但仍然有些强大。网格图案消耗平均数量的材料并需要中等时间才能完成。

●三角形：三角形图案看起来像重叠的三角形线，线在 XY 平面中沿三个方向延伸。这种填充图案仅在两个维度上提供强度，但仍适用于需要强度的打印品。


△Cura 的三角形以两种不同的密度填充（来源：All3DP）

●三向六边形：三六边形填充图案包含在 XY 平面中沿三个方向延伸的各种线，形成中间有三角形的六边形图案。这种填充图案提供了二维的强度，非常适合强烈的打印品。

●立方体：这种模式产生堆叠的立方体，但因为它们围绕 X 轴和 Y 轴倾斜 45 度，所以它们在任何时刻看起来都更像三角形。该图案在三个维度上提供了出色的强度，但比其他图案需要更多的材料和时间。

●八位位组：八位位组填充图案类似于立方体图案，但图案不是增加倾斜的三角形，而是具体化为正方形。这种填充图案是一种三维图案，不仅看起来非常棒，而且对于需要强度的部件也很有用。

●螺旋型：螺旋形填充图案可能看起来最酷，但也可以说是最奇怪的填充图案。它包括最终穿过路径的凹形不规则曲率。它旨在在强度、材料和打印时间之间取得最佳平衡。


△螺旋形 填充物，可用于打印，令人眼花缭乱

●同心：同心填充图案是由与零件轮廓（即其周长）相匹配的同心线组成的内部结构。这种图案可以快速打印，适用于柔性部件，并且比大多数图案消耗的材料少得多。

推荐设置
1.标准打印品： 网格或三角形
2.功能打印： 立方体、螺旋体或八位体
3.小雕像和模型印刷品： 线条
4.柔性打印：同心

其他注意事项


△填充图案可以成为打印品的美学特征（来源：Penolopy Bulnick via Instructables）

除了图案和密度之外，还有另外两类值得注意的填充设置：可变设置和艺术图案。两者都可以让您通过填充设置更具创意。可变设置使您能够随着零件在层中的进展调整填充密度。例如，如果您希望零件的底部在第 30 层之前有 10% 的填充，然后切换为 50% 的填充，变量设置允许您执行此操作。何在 Simplify3D、PrusaSlicer 和 Cura等软件中均可以实现。Infill for art 是一种将不同的填充图案变成艺术品的方法。这个过程在耳环、吊坠和其他珠宝和艺术品上看起来很棒。