Шаблоны заполнения при 3D-печати: прочность, скорость и эффективность

 

Структура заполнения при 3D-печати играет ключевую роль в обеспечении прочности детали, сокращении времени печати и экономии материала. Детали, напечатанные на 3D-принтере, часто имеют внутреннюю решётку («заполнение»), а не являются цельными на 100 %.Плотность заполнения (процент заполнения) и структура заполнения (форма решётки) определяют вес, прочность и время печати детали.
 
В этом руководстве мы раз и навсегда положим конец бесконечным спорам о том, какой паттерн заполнения является самым эффективным в 2025 году? (спойлер: это не всегда гироид); а какой паттерн самый быстрый и требует меньше всего филамента?

Что такое паттерны инфилла?

Перво-наперво, что такое рисунок заполнения? Рисунки заполнения - это внутренняя геометрия, созданная программным обеспечением slicer вашего 3D-принтера для соединения внешних стенок и поддержки верхних слоев. При печати FFF эти узоры выдавливаются слой за слоем, образуя внутри модели структуры, подобные сеткам или волнам.
 
К распространённым узорам относятся сетка (прямолинейная), куб (или кубическое деление), гироид, соты, линии (прямолинейные), зигзаг, треугольник (трёхмерные соты), концентрические круги, крест и молния.

Каковы преимущества заполнения шаблонов?

Узоры для заполнения повышают эффективность печати за счёт целенаправленной поддержки. Они повышают прочность, не делая детали полностью монолитными, что позволяет экономить нить и время. Правильный выбор узора и плотности заполнения даёт ряд преимуществ:
 
Прочность и поддержка: Заполнение обеспечивает структурную поддержку верхнего и мостового слоёв, предотвращая провисание. Сложные узоры (кубические, гироидные, треугольные) повышают жёсткость и равномерно распределяют нагрузку, увеличивая прочность. Например, гироидные и кубические заполнения являются одними из самых прочных для несущих конструкций.
 
Экономия материала и веса: редкое заполнение (низкая плотность) значительно сокращает расход филамента и вес детали. Такой рисунок, как соты или сетка , требует минимального количества материала, но при этом обеспечивает достаточную поддержку. Такие рисунки, как молния , концентрируют материал только там, где это необходимо (в верхней части), и позволяют сэкономить много пластика.
 
Скорость печати: Более простые заливки сплошными линиями (линии, зигзаг, молния) печатаются быстрее, так как сопло движется по длинным прямым траекториям с меньшим количеством остановок. Более быстрая печать экономит время и подходит для прототипов или некритичных деталей.
 
Эстетика и гибкость: некоторые узоры, например концентрический или гироидный, создают привлекательные внутренние структуры, которые видны в прозрачных деталях. Концентрическая заливка даже добавляет гибкости, поскольку её кольца могут слегка деформироваться.
 
Оптимизированные свойства: изменяя структуру и плотность, вы можете создавать детали с определёнными характеристиками. Например, структуру можно выровнять по направлениям напряжения или изменить по высоте, чтобы обеспечить нужную прочность без сплошного заполнения.

Как работает плотность заполнения

Как упоминалось выше, плотность заполнения — ещё один фактор, влияющий на качество 3D-печати. Это процент внутреннего объёма, заполненного материалом. Он варьируется от 0 % (полая конструкция) до 100 % (сплошная конструкция). С увеличением плотности расстояние между линиями заполнения уменьшается, поэтому деталь становится прочнее, но для её печати требуется больше нити и больше времени. Обычно придерживаются следующих рекомендаций:
 
Плотность заполнения 0–15 %
  • 0–15% плотности: очень лёгкие/декоративные детали (фигурки, модели). Минимальная структура, быстрая и дешёвая печать.
  • 15–50%: средняя прочность для прототипов и деталей общего назначения. Обеспечивает баланс между долговечностью и расходом материала.

Плотность заполнения 15–50 %

  • 50–100%: очень прочные или несущие детали. При высокой плотности заполнение практически сплошное, что обеспечивает максимальную прочность (но также повышает риск деформации и использования толстой нити). Помимо прочности, плотность также влияет на качество верхнего слоя. Слишком редкое заполнение с большими промежутками может не выдержать верхние слои, что приведет к провисанию или образованию отверстий. И наоборот, чрезвычайно высокая плотность (более ~80%) может вызвать напряжение (особенно в материалах, подверженных усадке, таких как АБС-пластик), что приведет к деформации или появлению дефектов на поверхности. На практике во многих функциональных моделях используется заполнение на 15–40 % для оптимального соотношения прочности и веса

Как выбрать оптимальный вариант заполнения

Выбор оптимального шаблона заполнения зависит от назначения и ограничений вашей детали.

Ключевые моменты при выборе схемы заполнения

  • Требования к прочности: для разнонаправленных нагрузок выбирайте трёхмерные структуры, такие как кубические или гироидные (изотропная прочность). Для одноосных нагрузок хорошо подходят сетки или линии.
  • Экономия нити и веса: выбирайте лёгкие узоры, такие как линии, зигзаги или соты, чтобы минимизировать расход материала.
  • Скорость печати: линии, зигзаги или молнии печатаются быстрее всего благодаря непрерывным траекториям и меньшему количеству изменений направления.
  • Поверхность и гибкость: сетка или концентрические круги обеспечивают однородную поверхность; концентрические круги повышают гибкость при изготовлении гнущихся деталей.
  • Умная плотность: используйте переменную/адаптивную плотность заполнения в Creality Print — более высокая плотность только в зонах повышенной нагрузки (например, в креплениях, отверстиях) для оптимальной эффективности.

Популярные схемы заполнения и их применение

Шаблоны заполнения сетки

Сетка (перекрестная штриховка): двухмерный перекрестный узор. Его легко напечатать, и он обеспечивает умеренную прочность. По словам представителей Creality, сетка «пересекается и накладывается друг на друга в пределах одного слоя», что обеспечивает более высокую прочность для поддержки верхних слоев. Это хороший универсальный вариант для деталей, которым требуется умеренная поддержка и гладкая поверхность.
Кубическая плотность заполнения
3DКубический (сетка Трёхмерная решётка из наклонённых кубов. Кубическое заполнение обеспечивает изотропную прочность — одинаковую жёсткость во всех направлениях. Оно равномерно распределяет нагрузку, что делает его отличным решением для структурных компонентов. Кубическое заполнение требует больше филамента и печатается медленнее, чем сетка, но обеспечивает высокую жёсткость функциональных деталей.
Гироид: сложная волнистая решётка без прямых линий. Гироидное заполнение также обеспечивает равномерную прочность во всех направлениях. Оно сочетает в себе прочность и гибкость и хорошо адаптируется даже к гибким нитям. Тесты показали, что гироидные принтеры печатают примерно так же быстро, как кубические, и намного быстрее, чем сотовые. Они отлично подходят для изготовления прочных и лёгких деталей.
Плотность заполнения сот
Соты (шестиугольные): двухмерный узор из шестиугольных ячеек (также называемый двухмерными сотами). Он обеспечивает прочность во всех направлениях и очень экономичен с точки зрения расхода материала. Соты сочетают в себе прочность и малый вес, что делает их идеальным решением для несущих деталей, вес которых имеет значение (например, дронов, деталей для радиоуправляемых моделей). Для их печати требуется больше времени, чем для простых узоров, поскольку, согласно тестам, гироидный и кубический узоры печатаются быстрее.
Линии и плотность зигзагообразной заливки
Линии (прямолинейные) и зигзагообразные: прямые линии, идущие взад и вперёд, с чередованием направления на каждом слое. Это самые быстрые способы заполнения. Они требуют очень мало филамента и печатаются очень быстро, но обеспечивают низкую прочность, так как не обеспечивают достаточной блокировки. Используйте линии или зигзагообразные линии для некритичных деталей, прототипов или там, где скорость важнее прочности.
Плотность заполнения треугольной формы
Треугольный (2D-тригексагон): узор из треугольников (или 2D-соты). Треугольное заполнение обеспечивает прочную опору вдоль осей треугольников и хорошо выдерживает растяжение. Оно прочнее, чем простые линии, но печатается медленнее и требует больше материала. Не так часто используется в базовых слайсерах, но может применяться для повышения прочности.
Концентрическая плотность заполнения
Концентрические: кольца заполнения, расположенные по контуру детали. Концентрическое заполнение не обладает достаточной горизонтальной жёсткостью, но очень гибкое, поэтому его используют для гибких или изнашиваемых деталей. Оно быстро печатается с минимальным расходом материала и придаёт модели гладкий волнистый вид.
Плотность заполнения Cross & Cross 3D
3DКрест-накрест Х-образные узоры (2D- или 3D-варианты), которые можно сгибать. Перекрестное заполнение обеспечивает гибкость и подходит для корпусов, ручек или деталей, которые подвергаются ударам. Они не такие прочные, как кубические/гироидные, но обеспечивают амортизацию.
Плотность заполнения молнией
Молния: особый узор, при котором заполнение выглядит как разветвлённые болты только в верхней части. Он используется в основном в некоторых слайсерах (например, в Creality Print). Молниеносное заполнение поддерживает только верхние слои, сводя к минимуму все остальные виды заполнения. Это делает его чрезвычайно быстрым и экономным в плане расхода филамента — идеальным для нефункциональных моделей или выступов, — но при этом обеспечивает очень низкую внутреннюю прочность.

Как эффективно использовать шаблоны заполнения

Как эффективно использовать шаблоны заполнения

Редкая заливка (низкая плотность): используйте плотность 10–20 % для неструктурных деталей, таких как демонстрационные модели или прототипы. Это экономит нить и время, но обеспечивает достаточную поддержку верхних слоёв, чтобы предотвратить обрушение.
Выборочная заливка (переменные области): применяйте более высокую плотность только к критическим областям (например, отверстиям, креплениям) с помощью модификаторов. Функция AI Infill (адаптивная кубическая заливка) в Creality Print автоматически повышает плотность вблизи стенок.
Наполнение для каждого слоя (градиент): плотность меняется в зависимости от высоты — у основания она выше для устойчивости, а выше — ниже. Варианты градиента обеспечивают плавный переход для более светлых верхних слоёв.
Адаптивные шаблоны: позвольте таким слайсерам, как Creality Print, автоматически корректировать заполнение для свесов или сложных участков, оптимизируя прочность и эффективность.

Как тип материала влияет на эффективность заполнения

Наилучшие результаты даёт шаблон, соответствующий поведению нити.
Тип нити накала Топовые Паттерны Ключевые преимущества Типичная Плотность Примечания
Гибкий (ТПУ/ТПЭ) Гироид, концентрический, крестообразный 3D Равномерная гибкость, минимальные оттяжки 10-30% Отдавайте предпочтение эластичности, а не жёсткости
Жесткий (PLA/PETG) Гироид, куб, треугольник Изотропная прочность, ударопрочность 20-50% Отлично подходит для функциональных деталей
Склонный к деформации (ABS/ASA) Гироид, сетка, треугольник Равномерное распределение нагрузки, низкий нарост 15-40% Комбинировать с корпусом

Таблица сравнения прочности, скорости и эффективности нитей

Узор Сила (Относительная) Скорость (относительная) Эффективность нити накала Лучше Всего Для
Сетка Средний Высокий Средний Общее использование, быстрая печать
Кубический Высокий Средний Высокий Сила во всех направлениях
Гироид Высокий Средне-Высокий Высокий Гибкость, изотропная
Пчелиные соты Высокий Низкий Высокий Разреженный, легкий
Линии Низкий Очень Высокий Очень Высокий Скорость, минимальная сила
Треугольники Средне-Высокий Высокий Средний Сопротивление сдвигу

Вопросы и ответы

Вопрос: какой паттерн заполнения самый сильный?
О: Объёмные наполнители, такие как гироид и куб, являются одними из самых прочных и обеспечивают равномерную прочность во всех направлениях.
Вопрос: для какого режима заполнения требуется меньше всего филамента?
О: Молния или опорный куб, эффективны при низкой плотности (5–10 %). Для повышения прочности на нить используйте гироид или соты.
Вопрос: Какой способ заполнения самый быстрый?
О: Линии (прямолинейные) или молнии, которые сокращают время до 50 % при минимальном количестве движений.

Заключение

Шаблоны заполнения позволяют точно настраивать 3D-печать. Выбрав правильный шаблон и плотность, вы сможете получить прочную, лёгкую или быстро печатаемую модель в зависимости от потребностей. Программное обеспечение для моделирования 3D-печати, такое как Creality Print, позволяет легко настраивать эти параметры. Нужна дополнительная информация о шаблонах заполнения? Creality Wiki может оказаться очень полезной.
05.01.2026
К другим статьям

Категории

keyboard_arrow_up