Infill چاپ سه بعدی:

اصول اولیه برای نتایج بی نقص

 

در چاپ سه بعدی، پر کردن (Infill) نقش مهمی در استحکام، ساختار و وزن قطعه دارد.

برای اطلاعات بیشتر ادامه مطلب را بخوانید.

 

برخلاف بیشتر تکنیک های تولید دیگر، چاپ سه بعدی به شما امکان میدهد دو جنبه متقابل اما جامع از یک قطعه را به دقت کنترل کنید: دیوارهای خارجی (یا محیط ها) و پر کردن (Infill). دیوارها، هرچند ضخیم، نواحی بیرونی قطعه را تشکیل میدهند، در حالی که پر کردن هر چیزی است که درون آنها وجود دارد.

اگرچه شما تا حدی کنترل بر دیوارها دارید، پر کردن بسیار پویاتر است و نقش بزرگی در استحکام، وزن، ساختار، شناوری و موارد دیگر یک قطعه دارد. در چاپ سه بعدی، شما توانایی تعریف تعدادی پارامتر را دارید که نوع پر کردن مورد استفاده برای یک قطعه را تعیین می کنند. این پارامترها در یک برنامه اسلایسر (slicer) تنظیم می شوند زمانی که یک مدل سه بعدی به دستورالعمل های G-code ترجمه میشود.

مهمترین این پارامترها تحت دو جنبه اساسی قرار می گیرند: چگالی پر کردن و الگوی پر کردن. در این مقاله، ما به اصول اولیه این جنبه ها و همچنین برخی از رایج ترین چگالی ها و الگوها خواهیم پرداخت. اما ابتدا، بیایید نگاهی به "Infill" در چند روش تولید مختلف بیندازیم تا بهتر بفهمیم چگونه در چاپ سه بعدی کار میکند.

 

 

پر کردن چاپ سه بعدی:

اصول اولیه برای نتایج بی نقص

چاپ سه بعدی در مقابل تولید سنتی

 

اینجا هیچ 'Infill' وجود ندارد... (منبع: Vision Engraving&Routing via YouTube).

 

پر کردن (Infill) در چاپ سه بعدی با روش های تولید سنتی دیگر متفاوت است. بیایید از قالب گیری تزریقی و تولید کاهشی به عنوان مثال استفاده کنیم.

قالب گیری تزریقی شامل وارد کردن مواد به داخل یک قالب برای تشکیل یک قطعه است. همانطور که می توانید تصور کنید، به دلیل ماهیت این روش، کنترل ساختارهای داخلی به سادگی ممکن نیست. در نتیجه، قطعات قالب گیری تزریقی یا جامد هستند یا توخالی (با قالب گیری تزریقی گاز)، بدون هیچ حالت میانی.

تولید کاهشی، مانند ماشین کاری CNC، شامل برش مواد از یک قطعه بزرگتر است. مشابه قالب گیری تزریقی، پر کردن قابل تنظیم نیست، بنابراین داخل قطعه کاملاً جامد است.

در همین حال، چاپ سه بعدی شامل اکستروژن انتخابی مواد در تقریباً هر الگویی است. بیایید نگاهی دقیق تر به گزینه های مختلف برای چگالی و الگوی پر کردن بیندازیم.

 

 

پر کردن چاپ سه بعدی:

اصول اولیه برای نتایج بی نقص

چگالی

 

چگالی پر کردن میتواند به طور قابل توجهی بر مصرف مواد تأثیر بگذارد (منبع: BozarthPrime via MyMiniFactory)

 

چگالی پرشدگی به معنای "پر بودن" داخل یک قطعه است. در نرم افزارهای اسلایسر، این معمولاً به صورت درصدی بین 0 تا 100 تعریف میشود، به طوری که 0% یک قطعه را توخالی و 100% آن را کاملاً جامد میکند. همانطور که می توانید تصور کنید، این موضوع به شدت بر وزن قطعه تأثیر میگذارد: هرچه داخل قطعه پرتر باشد، وزن آن بیشتر است.

علاوه بر وزن، زمان چاپ، مصرف مواد و شناوری نیز تحت تأثیر چگالی پرشدگی قرار می گیرند. همچنین، استحکام نیز تحت تأثیر قرار میگیرد، هرچند که این موضوع به همراه بسیاری از عوامل دیگر مانند مواد و ارتفاع لایه ها است.

برخی از نرم افزارهای اسلایسر نیز امکان استفاده از چگالی های پرشدگی مختلف در یک قطعه را فراهم می کنند. این به عنوان چگالی پرشدگی متغیر شناخته می شود و تنظیمات خاصی در برنامه اسلایسر به شما اجازه میدهد تا هرگونه تغییرات چگالی را برای مناطق مختلف چاپ خود مشخص کنید. ما به این موضوع کمی بعدتر باز خواهیم گشت.

 

چه درصدی باید استفاده کنم؟

برای بیشتر چاپ های "استاندارد" که نیاز به استحکام فوق العاده ندارند، ما پیشنهاد می کنیم از چگالی پرشدگی 15-50% استفاده کنید. این درصد چگالی زمان چاپ را کم نگه میدارد، مواد را حفظ میکند و استحکام مناسبی را فراهم میکند.

چاپ های کاربردی نیاز به استحکام دارند. بنابراین، ما توصیه می کنیم از چگالی پرشدگی بالای 50% استفاده کنید (از رفتن به 100% نترسید). این تنظیم بسیار بالا است، بنابراین آماده باشید که زمان بیشتری برای چاپ صرف کنید و فیلامنت بیشتری مصرف کنید. نتیجه یک قطعه قوی تر و سنگین تر خواهد بود.

برای مدل های کوچک فیگورینی که فقط برای نمایش هستند، باید از چگالی پرشدگی 0-15% استفاده کنید. این مقدار باعث میشود چاپ نسبتاً سریع انجام شود و فیلامنت زیادی مصرف نشود. مدل هایی که با این محدوده چگالی چاپ میشوند، سبک و نسبتاً ضعیف خواهند بود.

در نهایت، هر چگالی پرشدگی برای قطعاتی که با مواد انعطاف پذیر مانند TPU چاپ میشوند، کار خواهد کرد. با این حال، به یاد داشته باشید که هرچه چگالی پرشدگی بالاتر باشد، قطعه کمتر انعطاف پذیر خواهد بود.

 

تنظیمات پیشنهادی:

  • چاپ های استاندارد: 15-50%
  • چاپ های کاربردی: 50-100%
  • چاپ های فیگورینی و مدل: 0-15%
  • چاپ های انعطاف پذیر: 1-100%
     

 

 

پر کردن چاپ سه بعدی:

اصول اولیه برای نتایج بی نقص

الگو

 

الگوهای مختلف پر کردن، انواع مختلفی از استحکام و طراحی های خیره کننده را ارائه میدهند (منبع: MilesFromNeihu via Thingiverse).

 

الگوی پر کردن (Infill) ساختار و شکل مواد داخل یک قطعه را تعیین میکند. از خطوط ساده تا اشکال هندسی پیچیده تر، الگوهای پر کردن می توانند بر استحکام، وزن، زمان چاپ و حتی انعطاف پذیری یک قطعه تأثیر بگذارند.

در برنامه های مختلف اسلایسر، الگوهای پر کردن متنوعی وجود دارد. به عنوان مثال، Cura (نسخه 5.6) دارای ۱۴ الگوی پر کردن مختلف است، در حالی که PrusaSlicer (نسخه 2.7) دارای ۱۷ و Simplify3D دارای ۶ الگو است.

مانند چگالی پر کردن، برخی الگوها برای عملکردهای خاص بهتر از دیگران هستند. الگوهای پر کردن مختلف ویژگی های متفاوتی دارند، مانند پیچیدگی، کارایی مواد و تعداد سطوح استحکام اتصال (۲ بعدی یا ۳ بعدی). به عنوان مثال، الگوی gyroid دیوارها را در سه بعد متصل میکند و استحکام کلی بیشتری را فراهم میکند. در نتیجه، این الگو نسبت به الگوهایی مانند خطوط، مواد بیشتری مصرف میکند.

 

کدام الگو را باید انتخاب کنم؟

مطمئن شوید که الگویی را انتخاب می کنید که نیازهای قطعه شما را برآورده کند. در اینجا یک مرور کلی از ۱۴ گزینه رایج آمده است:

  • خطوط: الگوی پر کردن خطوط شامل خطوطی است که در یک جهت (یا در امتداد محور X یا Y) در هر لایه دیگر چاپ میشوند. این الگوی پر کردن فقط در دو بعد استحکام فراهم میکند و برای چاپ های سریع مناسب است. الگوی خطوط مواد زیادی مصرف نمیکند و وزن را نسبتاً سبک نگه میدارد.
  • لانه زنبوری: همانطور که از نامش پیداست، این الگو ساختاری شبیه به لانه زنبور تولید میکند که ظاهری جذاب دارد. این الگوی پر کردن برای چاپ های نیمه سریع که نیاز به استحکام متوسط دارند مناسب است و نباید مواد زیادی مصرف کند.
  • شبکه: الگوی پر کردن شبکه از نظر ظاهری شبیه به خطوط است، اما به جای خطوط یک جهته در هر لایه دیگر، شامل خطوط دو بعدی در هر لایه است، با فاصله دو برابر بین خطوط. این الگو استحکام دو بعدی فراهم میکند اما همچنان نسبتاً قوی است. الگوی شبکه مقدار متوسطی از مواد را مصرف میکند و زمان متوسطی برای تکمیل نیاز دارد.
  • مثلث ها: الگوی مثلث ها شبیه به خطوط مثلثی همپوشانی است، با خطوطی که در سه جهت در صفحه XY قرار دارند. این الگوی پر کردن فقط در دو بعد استحکام فراهم میکند اما همچنان برای چاپ هایی که نیاز به استحکام دارند مناسب است.

 

 پر کردن مثلثی Cura در دو چگالی مختلف (منبع: All3DP).

 

  • سه ضلعی- شش ضلعی: الگوی پر کردن سه ضلعی- شش ضلعی شامل مجموعه ای از خطوط است که در سه جهت در صفحه XY قرار دارند و الگوهای شش ضلعی با مثلث های بین آنها ایجاد می کنند. این الگوی پر کردن در دو بعد استحکام فراهم میکند و برای چاپ های قوی مناسب است.
  • مکعبی: این الگو مکعب های روی هم قرار گرفته تولید میکند، اما به دلیل اینکه آنها در هر دو محور X و Y به اندازه ۴۵ درجه چرخیده اند، بیشتر شبیه مثلث ها به نظر میرسند. این الگو استحکام عالی در سه بعد فراهم میکند اما نسبت به دیگر الگوها مواد و زمان بیشتری نیاز دارد.
  • تقسیم بندی مکعبی: اساساً نسخه هوشمند الگوی مکعبی است، این الگو از مواد کمتری استفاده میکند تا سرعت چاپ را بدون قربانی کردن استحکام افزایش دهد. این الگو از مکعب هایی با اندازه های مختلف تشکیل شده است، با مکعب های بزرگتر در مرکز قطعه قرار گرفته اند. به خاطر داشته باشید که تقسیم بندی مکعبی ممکن است زمان برش طولانی تری داشته باشد.
  • ربع مکعبی: این الگو شامل تتراهدرون ها و تتراهدرون های کوتاه شده است که منجر به پر کردن قوی میشود که می تواند بارهای سنگین را به خوبی توزیع کند. این الگو برای قطعات نازک و کاربردی که نیاز به استحکام دارند مناسب است. با این حال، کیفیت سطح ممکن است تحت تأثیر فاصله پل زنی قرار گیرد.

 

نگاهی به پر کردن رعد و برق داخل این گاو کوچک (منبع: All3DP).

 

  • رعد و برق: به عنوان یکی از جدیدترین الگوهای پر کردن Cura، رعد و برق اساساً ساختارهای ساپورت داخلی است که از بالای ساختار پشتیبانی میکند. این الگو با شناسایی نواحی داخلی که نیاز به استحکام اضافی دارند، کار میکند تا چاپ موفقیت آمیز باشد. الگوی درخت مانند حاصل شبیه به رعد و برق است. این الگو منجر به چاپ های سریع میشود که مواد را هدر نمی دهند و برای نمونه های اولیه یا چاپ های تزئینی که نیاز به استحکام ندارند، مناسب است.
  • صلیب: ایده آل برای فیلامنت های انعطاف پذیر، این الگوی پر کردن، صلیب هایی را درون قطعه ایجاد میکند. از آنجا که خطوط بلند و مستقیم وجود ندارد، این الگو اجازه میدهد تا قطعه خم و پیچیده شود. با این حال، استحکام در امتداد محور Z باعث میشود که انعطاف پذیری عمودی کمتری داشته باشد.
  • صلیب سه بعدی: برای از بین بردن استحکام عمودی در الگوی صلیب، از صلیب سه بعدی استفاده کنید. نسخه سه بعدی نرم و انعطاف پذیر در همه جهات است. تنها نقطه ضعف آن این است که زمان اسلایس طولانی تری دارد. مانند صلیب، نیاز به جمع شدن (retraction) ندارد که از نشت فیلامنت های انعطاف پذیر جلوگیری میکند.

 

پر کردن Gyriod، چاپ مفید و شکل جذاب (منبع: All3DP).

 

  • Gyroid: الگوی پر کردن gyroid شاید جذاب ترین به نظر برسد، اما به طور قطع یکی از قوی ترین الگوهای پر کردن است. این الگو شامل انحناهای نامنظم مقعر است که در نهایت با هم تلاقی می کنند. هدف آن ایجاد تعادل بهینه بین استحکام، مواد و زمان چاپ است.
  • Octet: الگوی پر کردن octet شبیه به الگوی مکعبی است، اما به جای مثلث های شیب دار، الگو به صورت مربع ها ظاهر میشود. این الگوی پر کردن یک الگوی سه بعدی است که نه تنها بسیار زیبا به نظر میرسد، بلکه برای قطعاتی که نیاز به استحکام دارند نیز مفید است.
  • Concentric: الگوی پر کردن concentric یک ساختار داخلی است که از خطوط متحدالمرکز تشکیل شده است که با خطوط بیرونی قطعه (یعنی محیط های آن) مطابقت دارند. این طراحی سریع چاپ میشود، برای قطعات انعطاف  پذیر مناسب است و به طور قابل توجهی مواد کمتری نسبت به بیشتر الگوها مصرف میکند.

تنظیمات پیشنهادی

  • چاپ های استاندارد: شبکه، مثلث ها، یا لانه زنبوری
  • چاپ های کاربردی: مکعبی، gyroid، octet، سه ضلعی- شش ضلعی، تقسیم بندی مکعبی، یا ربع مکعبی
  • چاپ های فیگور و مدل: خطوط، رعد و برق
  • چاپ های انعطاف پذیر: concentric، صلیب، یا صلیب سه بعدی

 

 

پر کردن چاپ سه بعدی:

اصول اولیه برای نتایج بی نقص

موارد دیگر

 

 الگوهای پر کردن می توانند یک ویژگی زیبایی شناختی برای چاپ های شما باشند (منبع: Penolopy Bulnick via Instructables).

 

علاوه بر الگو و چگالی، دو دسته دیگر از تنظیمات پرشدگی نیز قابل توجه هستند: تنظیمات متغیر و الگوهای هنری. هر دو به شما اجازه میدهند تا با تنظیمات پرشدگی خود خلاق تر باشید. در زیر توضیح هر کدام را آورده ایم.

تنظیمات متغیر

تنظیمات متغیر به شما امکان میدهد تا چگالی پرشدگی را با پیشرفت لایه های یک قطعه تنظیم کنید. به عنوان مثال، اگر می خواهید پایه یک قطعه تا لایه 30 دارای 10% پرشدگی باشد و سپس به 50% تغییر کند، تنظیمات متغیر این امکان را به شما میدهد.

در اینجا منابعی برای نشان دادن نحوه انجام این کار در Simplify3D، PrusaSlicer و Cura آورده شده است:

  • PrusaSlicer: امکان تنظیم تنظیمات متغیر وجود دارد، اما کمی پیچیده تر است. می توانید از پرشدگی "Adaptive Cubic" استفاده کنید که به طور خودکار چگالی را بسته به نزدیکی پرشدگی به دیوار تنظیم میکند. برای کنترل بیشتر، از Modifiers استفاده کنید.
  • Cura: اطلاعات زیادی برای این فرآیند ارائه نشده است، اما شامل استفاده از مسدودکننده های پشتیبانی برای تغییر چگالی پرشدگی است. می توانید اطلاعات بیشتری در مورد نحوه انجام این کار در انجمن UltiMaker و  Reddit پیدا کنید.

 

Infill هنری

پرشدگی هنری روشی است برای تبدیل الگوهای مختلف پرشدگی به آثار هنری. این فرآیند برای گوشواره ها، آویزها و سایر قطعات جواهرات و هنر بسیار زیبا به نظر میرسد.

می توانید این فرآیند را با حذف لایه های بالا و پایین برای نمایش الگوهای پرشدگی انجام دهید. برای اطلاعات بیشتر، باید یکی از راهنماهای متعدد این فرآیند را بررسی کنید.

 

 

 منبع: All3dp.com