3D-печать с заполнением Gyroid:все, что вам нужно знать!

Большинство производителей в сообществе 3D-печати осознают важность выбора правильного шаблона заполнения и процентного соотношения, когда речь идет о создании рабочих деталей как для прототипов, так и для производственных целей.

В последние годы появилось много новых шаблонов для решения конкретных технических проблем. Некоторые модели нашли свое место в наборе инструментов производителя, а другие были выброшены и остались в памяти как интересный эксперимент.

Возможно, вам известно о существовании гироидного заполнения. , что интересно из-за множества факторов. Давайте узнаем, что такое шаблон гироида и чем он полезен.

Гироидное заполнение это узор, важнейшей особенностью которого является его кубическая симметрия, которая в отличие от всех других узоров является почти изотропной структурой, что означает, что он одинаково устойчив к силам, исходящим со всех направлений. Его основным преимуществом является абсолютное сопротивление и общая прочность даже при более низком проценте заполнения.

Что такое гироидное заполнение?

Большинству 3D-печатных объектов нужна внутренняя структура, которая связывает периметры и верхние/нижние слои. Вот почему мы устанавливаем шаблон заполнения и процент во время нарезки. С этим справится любой тип конструкции, но у каждого есть свои преимущества и недостатки. Например, Заполнение строк быстрее, но относительно слабее, чем другие шаблоны, если силы, приложенные к нему, не следуют линиям заполнения.

По мере того, как сообщество производителей опробовало специальные конструкции, были включены новые способы заполнения деталей, напечатанных на 3D-принтере. В 2017 году исследования, проведенные на графеновых структурах гироидного типа, показали, что эта форма придает деталям исключительную стойкость. Применительно к 3D-печати получается структура, сочетающая жесткость и скорость печати.

Гироидное заполнение производится непрерывными криволинейными движениями экструдера. Это приводит к плавному движению и очень стабильному отложению нити.

Его стойкость часто сравнивают с сотовой структурой — еще одним типом заполнения, вдохновленным природой. Основное различие между ними заключается в том, как они построены. Соты, как и большинство наполнителей, повторяют свою форму в каждом слое. Это заставляет вас устанавливать более высокий процент заполнения, если вам нужно увеличить сопротивление сжатию по оси Z. При использовании гироида вы равномерно распределяете сопротивление объекта по каждой оси, поэтому процент заполнения более эффективен. С технической точки зрения Gyroid Infill близок к изотропному, что является одним из его самых больших преимуществ.

Другой узор, который меняется на каждом слое, — это кубическое заполнение. Он образует маленькие кубики, когда экструдер поднимается во время печати. Это делает объект очень устойчивым к силам сжатия, поступающим со всех сторон. Тем не менее, заполнение гироида также лучше в тех случаях, когда ваша печать требует сопротивления сдвигу.

Что такое гироид

Технически гироид представляет собой трижды периодическую минимальную поверхность (TPMS). Эти поверхности не пересекаются друг с другом и поэтому образуют «лабиринт». Их можно разделить до элементарной ячейки в трех измерениях, поэтому их можно воспроизвести на 3D-принтере.

Помимо использования в графеновых структурах, этот узор находит применение в суперконденсаторах, солнечных элементах и ​​нанопористых мембранах. Подобные узоры видны на крыльях бабочек, что объясняет их легкость и высокую устойчивость.

Наиболее важным свойством гироида применительно к 3D-печати является его кубическая симметрия. Это означает, что, хотя это и не совсем верно в математическом смысле, мы можем считать его изотропной структурой. Изотропный объект имеет одинаковое сопротивление в любом направлении. Среди различных моделей заполнения гироид является наиболее подходящим для деталей, требующих абсолютной прочности. Соотношение вес/прочность намного ниже, чем у большинства известных моделей, поэтому изделие с таким наполнением может выдерживать большие нагрузки при использовании меньшего количества материала.

Свойства заполнения гироида

С тех пор, как Gyroid Infill начал использоваться, многие пользователи испытали эту структуру, чтобы показать, действительно ли она обладает превосходными свойствами по сравнению с сотовой структурой, основанной на шестиугольниках.

Я нашел эксперимент ¹ которые проверили сопротивление различных заполнений, применяя усилие сдвига к стержням, напечатанным на 3D-принтере. Для этого были напечатаны три одинаковых стержня с разным рисунком заполнения:линии, соты и гироид. Затем был записан максимальный вес, поддерживаемый каждым стержнем.

Выводы этого эксперимента были следующими:

• Гироид оказался самой прочной конструкцией при одинаковом проценте заполнения.
• Вес печатного гироидного стержня был почти на 10 % легче, чем у сотового стержня.
• Время печати полосы гироида было самым коротким из трех.

Доказано, что модель гироида прочнее и быстрее, и для нее используется меньше материала, чем для других. Если не брать в расчет периметры, вес гироида почти на 30% меньше, чем у сот. Так что это экономит деньги и время без серьезных неудобств.

Преимущества гироидного заполнения

Близко к изотропии:

Изотропный материал сохраняет свои свойства в любом направлении. Хотя технически это не соответствует истине в самом чистом математическом определении, симметрия гироидного заполнения по всем трем осям помогает уравнять его сопротивление в любом направлении.

Некоторые узоры, такие как линии, имеют хорошую прочность только в том случае, если силы исходят из того же направления, что и заполнение. Другие хороши при сжатии, но слабы к напряжениям сдвига. Гироид обладает очень хорошей устойчивостью к любым сочетаниям и направлениям сил.

В целом очень хорошо

Заполнение гироида настолько прочное, что его можно печатать даже без использования периметров. Некоторые объекты проектируются путем размещения периметров только в абсолютно необходимых частях. Остальные узоры заполнения должны «опираться» на периметры, иначе их структура разрушится.

Сокращение времени печати

При том же проценте заполнения гироид печатает на 2-5% быстрее, чем прямолинейный шаблон. Когда мы говорим о массовом производстве, эти значения имеют большое значение.

Меньший расход материала

Еще один экономический фактор:с меньшим количеством нити можно изготовить более прочную деталь. Поскольку его можно печатать без стенок, при этом он остается функциональным, вы можете еще больше уменьшить его вес.

Красивое заполнение

Хотя это вопрос личного вкуса, гироидное заполнение можно считать наиболее привлекательным из всех доступных в настоящее время моделей. Многие дизайнеры моделировали вазы, стаканы или горшки без периметра, обнажая наполнение. Результаты потрясающие, как мы увидим позже.

Не перекрываются на одном слое

Структура не имеет слабых мест, так как ее линии непрерывны по всему слою. Это также уменьшает проблемы с экструзией или засорение сопла.

Не зависит от ориентации

Иногда вам нужно напечатать объект с определенной ориентацией. Эта ориентация может не совпадать с необходимой для получения наилучшего сопротивления. С гироидным заполнением вы можете решить эту проблему, так как оно имеет одинаковое сопротивление в любом направлении. Это свойство может помочь уменьшить потребление нити, поскольку вам нужно меньше опор при правильной ориентации объекта.

Позволяет рассмотреть возможность использования более слабых материалов

Когда нам нужен прочный 3D-печатный объект, мы часто думаем об АБС-пластике или нейлоне как о очевидном выборе, поскольку они прочны и устойчивы. Но мы могли бы улучшить сопротивление PLA, используя гироидное заполнение, что удешевило бы объект и упростило его печать.

Поддержки не нужны

Каждая TPMS является самоокупаемым по своей природе, что делает их идеальными для производства FDM.

Пропускает через себя жидкости

Вы можете использовать этот шаблон для приложений, требующих потока воздуха или воды, таких как электронные корпуса или радиаторы.

Недостатки гироидного заполнения

Увеличение времени нарезки

Хотя этот фактор часто недооценивают, время нарезки может быть чрезмерным, если нам приходится полагаться на низкопроизводительный компьютер. Генерируемые G-коды обычно больше при использовании гироида. Это может привести к сбою печати, когда принтер подключен к компьютеру через USB.

Вибрация принтера может быть довольно высокой при более высоком проценте заполнения

Поскольку гироид образован кривыми, экструдеру приходится много двигаться во всех направлениях. При этом возникают нежелательные вибрации, которые передаются на объект, особенно на высокой скорости. Решение состоит в том, чтобы уменьшить процент заполнения, чтобы добиться более широких движений экструдера и снизить скорость заполнения. Помните, что этот узор не требует большого заполнения, чтобы хорошо работать.

Настройки слайсера заполнения гироида

Основное преимущество гироидного рисунка заключается в том, что для обеспечения устойчивости ему не требуется большой процент заполнения:небольшой кусок с 2 периметрами и 10% заполнения выдерживает почти 10 кг. Если вы поднимете процент, сопротивление будет увеличиваться нелинейным образом. Вы можете начать с 5% заполнения и увеличивать его в тех случаях, когда требуется большее сопротивление.

Скорость печати может быть немного выше. В любом случае, я рекомендую вам продолжать использовать ту же скорость, которую вы использовали. Будьте уверены, что при снижении процента заполнения и сохранении скорости движения время печати все равно будет существенно сокращено.

Если вы не найдете Gyroid в настройках слайсера, загрузите последнюю версию Cura. Это также относится к PrusaSlicer, Simplify3D и другим популярным слайсерам.

Креативное использование гироидных заполнений

Из-за интересной формы гироида этот узор привлек внимание как художников, так и производителей. Давайте посмотрим, как можно использовать свойства гироида для создания сложных и интересных деталей:

Гироид для 3D-печати Дэна О'Коннелла

Эта конструкция представляет собой просто куб без внешних стенок. С помощью этого куска мы можем проверить сопротивление объекта, поместив тяжелые предметы на любую из его граней. Это также позволяет увидеть, как его «лабиринт» позволяет воде (или любой жидкости) входить и выходить полностью, не застаиваясь в каком-то внутреннем уголке. Это идеальное произведение, чтобы показать структуру гироида тем, кто никогда его не видел.

Гироидная лампа для 3D-печати от Грега

Сферический светильник с гирообразным рисунком. Поскольку гироид представляет собой поверхность (технически это не тело), ​​он позволяет свету лампы проходить сквозь него. Кроме того, его структурная прочность защищает лампу от прямых ударов. Он отлично смотрится при печати полупрозрачными материалами, такими как PETG.

Закладка Gyroid для 3D-печати от PlasticPasta 3D

Эта конструкция (закладка) сочетает в себе высокую прочность гироида с его конструктивной красотой. Это показывает, что этот шаблон заполнения можно использовать для улучшения эстетики знакомых объектов. С другой стороны, книги и занудные вещи очень хорошо уживаются…

Кронштейн полки Gyroid для 3D-печати от Александра

Этот полочный кронштейн рассчитан на вес более 20 кг при использовании всего 67 г материала! Это более 20 книг. Это свидетельствует о том, что 3D-печати есть что сказать.

Кроме того, его «костяная губка» отлично смотрится при печати белым цветом…

Как только вы попробуете гироид, пути назад уже не будет. Высокая прочность, малый вес и меньшее время печати — все, что нужно производителю!

Заключение

Изучив технические детали и художественное применение Gyroid Infill, я надеюсь, что смог передать хотя бы немного изумления, которое испытываю к этому узору. Хотя я уже использую этот шаблон в качестве заполнения по умолчанию, я все еще поражен тем, как он выглядит и какими свойствами обладает. Вам определенно стоит подумать о том, чтобы начать использовать его или хотя бы попробовать!

Ознакомьтесь с разделом рекомендуемых продуктов

Мы создали раздел рекомендуемых продуктов, который позволит вам избавиться от догадок и сократить время, затрачиваемое на поиски того, какой принтер, нить накала или обновления приобрести, поскольку мы знаем, что это может быть очень сложной задачей и обычно приводит к путанице. .

Мы выбрали лишь несколько 3D-принтеров, которые, по нашему мнению, подходят как для начинающих, так и для продвинутых пользователей и даже для экспертов, что упрощает принятие решения, а нити, а также перечисленные обновления были протестированы нами и тщательно отобраны. , чтобы вы знали, что любой из них будет работать так, как задумано.