南极熊教你如何设置最佳填充图案！

导读：3D打印能够轻松制造结构复杂的零件，尽管最终制造出的结构可能看起来相同，但它们的内部结构会有所不同。3D打印的一大优势是能够改变零件的空心度。在制造方面，空心部件比实心部件需要更少的时间和材料，从而降低了整体重量和成本！那么，内部空心结构如何设计呢？



3D打印的内部结构也称为“填充结构”，它可以根据所需密度进行调整，0%代表零件是空心的，100%代表零件是实心的。此外，可以根据各种各样的模式调整部分的填充方式。下面，南极熊将介绍各种不同的填充模式，这些模式都可以在常用切片软件Cura中进行使用。

Ultimaker Cura
Ultimaker Cura是全球使用十分广泛的3D切片软件，每周切割超过400万个文件，总量超过5亿个切片文件，帮助无数的公司和个人认识到了3D打印的魔力。Ultimaker Cura不断的进步，不断地更新版本，添加新特性和改进旧功能，一直走在3D打印技术前沿。

常用的填充图案有哪些？


△填充图案会极大地影响打印品的强度和灵活性

在最新版本的 Cura (5.3) 中，有 14 种类型的填充可供使用。南极熊根据用途对其进行了分组：

●模型和小雕像：闪电形、线条、之字形
●标准的 3D 打印：网格、三角形、三六边形
●功能性 3D 打印：立方体、精密立方体、八位体、四分之一立方体、螺旋形
●灵活的 3D 打印：同心、十字和三维十字

模型和小雕像


△模型船和小雕像是低强度填充物的理想选择

填充密度： 0-15%

当打印体积较小的模型或小雕像时，3D打印过程通常不设计较大的作用力，不会承受较大的压力。那么，对于此类应用，闪电、线条或之字形填充图案是最好的，可以提供最快的打印速度。


△线条（左）、“连接填充线”的线条（中）和之字形（右）

类似于其他切片器中的“直线”，线条和之字形图案会产生一个二维网格。两者之间的区别在于线条图案每层生成多条线，而“之字形”只是一条恒定线。如上图所示，选择“连接填充线”后，线和之字形之间的差异几乎无法区分。闪电填充基本上是类似于闪电形的内部支撑结构。填充物支撑模型的内部区域，并在模型顶部变得更密集，因为它可以减少90%的材料，这种填充类型非常适合更快的打印。

标准 3D 打印



典型填充密度： 15-50%

对于承受低应力的 3D 打印，应使用中等强度的填充图案。网格、三角形或三六边形等填充图案是十分合适的，但是请注意，与线条相比，这些图案可能会增加25%的打印时间。

●网格：一种结构较为简单的二维图案，网格的主要优势是打印速度快，因为它是三者中最不复杂的。

●三角形： 由三角形组成的二维网格，这种图案能够承受较大的垂直载荷，十分适具有薄的矩形组件的零件。

●三六边形：此2D图案生成散布有三角形的六边形。一个优点是六边形是一种有效的形状，相对于其材料使用而言，它们是一种强大的填充图案。除此之外，三六边形填充物的每侧连接线都较短，从而减少了因打印冷却不良而导致的弯曲问题。


△填充密度为 20% 的三角形（左）和三六边形（右）

功能性 3D 打印


△一些需要承受压力的3D打印件

典型填充密度： >50%

一些功能性3D打印件，例如上图种的支架，需要在多个方向上具有高强度。填充模式包括立方体、精密立方体、四分之一立方体、八位位组和螺旋形。

●立方体： 这是堆叠和倾斜立方体的 3D 图案。

●精密立方： 立方的这种变体使用较少的材料。

●八角形： 也称为四面体填充，这种图案堆叠金字塔形状。


△填充密度为 50% 的立方体（左）和八位体（右）填充图案

●四分之一立方体： 此 3D 图案类似于八位组，但金字塔形状的一半相对于另一半移动。

●螺旋形：一种特别独特的 3D 图案，给人以波浪的印象。这导致印刷品在多个方向上同样坚固。因此，对于将以多种方式受力的零件，这种填充图案是一个不错的选择。


△填充密度为 50% 的四分之一立方体（左）和螺旋体（右）

上述结构的造型很有艺术性，也用于较低的填充密度。一些制造商喜欢这种效果，如下图这个螺旋花瓶。

柔软的3D打印结构


△有些填充物比其他填充物更灵活

典型填充密度： 0-100%

柔性丝材应使用柔性填充图案以保持打印品的柔性。同心、十字和三维十字等填充图案最适合这些类型的打印品。

●同心：这种二维图案在打印品内部产生“波浪”的形状，能够模拟外壁的形状。这就像一块石头扔进水里，在水面上激起同心圆波纹。

●十字：另一种二维图案，十字，产生看起来非常花哨的十字的网格。十字架之间的空间允许弯曲和扭曲。

●三维十字：此 3D 图案类似于十字，但随着印刷品的增长，线条会倾斜移动。最终结果是一个刚度稍高的物体。


△填充密度为 25% 的同心（左）和十字（右）

提示与技巧


△填充方向通常设置为 45 度

选择填充图案很重要，除了填充结构外，Cura还需调整以下打印设置：

填充线方向
一个经常被忽视的填充设置是填充线方向。默认设置为 45°，以便 X 和 Y 电机一起工作以最大速度打印填充。然而，以不同的角度定向填充可能是有利的，以便为零件提供最大的强度或柔韧性。

渐变填充
填充在整个零件内部未必是均匀的，有时用户可以选择渐变填充，可以使得在零件周边具有更大的填充密度。一般来说，应该在使用较少材料的同时保持零件的有效强度和刚度。此设置不是 Cura 自带的，但可以使用 Python 脚本进行简单编译。

多重填充密度

自第四版 Cura 发布以来，就可以设置“每个模型”的填充密度。可以在同一打印品中使用多种的填充密度和类型。凭借为每个导入模型设置自定义设置的能力可以在特定领域提供专业支持。

壁的设置
壁是指顶层和底层，它会影响所需的材料量和打印时间，还会影响模型的强度和重量。与填充相关，可以更改的设置是“Skin Overlap Percentage”，此选项控制墙壁与内部填充的重叠程度，该百分比越高，填充物就越贴附在打印件的外部上，从而提高模型的强度。

快速打印
有几种方法可以通过调整填充设置来实现更快的打印时间。例如，填充线通常以45度角打印，这允许X和Y向电机达到最大速度。填充层厚度也可以影响速度，用户可以将此设置调整为更厚的层高度以减少时间。还可以尝试使用图案来减少打印时间。通常，闪电图案的打印速度最快。如果打印不需要机械稳定性，可以使用此图案来提高25%的速度。同心、网格和三角形也是相对简单的图案，也可以快速打印。