Типы заполнения в слайсере Cura

Одно из преимуществ 3D-печати перед литьем в том, что 3D-печатные изделия можно сделать частично полыми, экономя время и материал, а заодно снижая массу. В этой статье разберемся с разными вариантами заполнения — каким оно бывает и как используется.

Заполнение, как вы уже догадались, это внутренности 3D-печатных изделий. В принципе, любую модель можно заполнить по максимуму, чтобы оно как можно больше походило на литое, но в большинстве случаев это вытекает всего лишь в лишнюю трату пластика для 3D-печати и затраченного времени. Здесь на помощь приходят специализированные внутренние структуры, генерируемые слайсером и обеспечивающие необходимую прочность без чрезмерного расхода материала.

В последней на текущий момент версии Cura, то есть 5.2, доступны четырнадцать видов заполнения. Разные виды лучше или хуже подходят для разных задач, поэтому мы разбили их на четыре категории:

Для моделей и фигурок:

• Молния (Lightning);
• Линейное заполнение (Lines);
• Зигзаг (Zigzag).

Для «стандартной» 3D-печати:

• Решетка (Grid);
• Треугольное заполнение (Triangles);
• Треугольно-гексагональное заполнение (Tri-hexagon).

Для функциональных изделий:

• Кубическое заполнение (Cubic);
• Разноразмерное кубическое заполнение (Cubic subdivision);
• Восьмигранное заполнение (Octet);
• Четверть-кубическое заполнение (Quarter Cubic);
• Гироидное заполнение (Gyroid).

Для гибких изделий:

• Концентрическое заполнение (Concentric);
• Крестообразное заполнение (Cross);
• Объемное крестообразное заполнение (Cross 3D).

Модели и фигурки

Типичная плотность заполнения: до 15%.

Как правило, при 3D-печати моделей или фигурок высокая прочность не требуется, потому что декоративные и сувенирные изделия не подвергаются серьезным нагрузкам. В таких случаях лучше всего подходят заполнения в виде молний, линий и зигзагов, так как они обеспечивают высокую скорость построения.

Линейное заполнение (слева), Connect Infill Lines (в центре) и заполнение зигзагом (справа)

И линейное заполнение, и зигзаг дают решетчатую структуру с линиями, пересекающимися под прямыми углами. В некоторых других слайсерах этот вид заполнения так и называется — прямоугольный. Разница между линейным заполнением и заполнением зигзагом в том, что в первом случае головка наносит каждую линию отдельно, а во втором весь слой печатается одной ломаной линией. Если же включить функцию Connect Infill Lines с тем или другим заполнением, головка обведет наполнение контуром, соединяющим углы и концы линий, и в этом случае два заполнения будут практически неотличимы друг от друга.

Такие простые виды заполнения подходят как для моделей и фигурок, так и прототипов, но только в тех случаях, когда речь идет не о функциональном прототипировании, а об оценке внешнего вида.

Стандартная 3D-печать

Типичная плотность заполнения: 15-50%

В этом разделе речь пойдет об изделиях, подверженных невысоким нагрузкам. Пример показан на иллюстрации выше: это простая направляющая, помогающая филаменту избегать чрезмерного изгиба или запутывания в подвижных частях 3D-принтера. Это функциональная деталь, но очевидно, что к ней не будут прикладываться высокие усилия. В таких случаях подойдут заполнения средней прочности, такие как решетка, треугольная или треугольно-гексагональная сетка. Не забывайте, что вместе с прочностью вырастет и время 3D-печати — до 25%, в зависимости от геометрии модели.

Решетка

С решеткой все должно быть понятно: это просто линии, пересекающиеся под прямыми углами. В чем отличие решетки от линейного заполнения в предыдущем разделе? Тут тоже все просто: в линейном заполнении каждый слой состоит из параллельных линий, а направление линий поочередно меняется от слоя к слою — в одном слое вдоль, в следующем поперек, потом снова вдоль, и так далее. В решетке же и продольные, и поперечные линии выстраиваются в каждом слое, что дает более прочную структуру.

Треугольное (слева) и треугольно-гексагональное наполнение (справа)

Разница между треугольным и треугольно-гексагональным заполнением показана на иллюстрации выше. Треугольники хорошо подходят тогда, когда ожидаются нагрузки на плоские поверхности. Особенно хорошо они подходят для заполнения изделий или участков моделей с квадратным или прямоугольным профилем — треугольная внутренняя структура будет эффективно препятствовать прогибам и складыванию. Треугольно-гексагональный вариант еще более эффективен в плане прочности и предотвращения деформаций из-а термоусадки, но требует немного повышенного расхода материала и времени.

Функциональные изделия

Типичная плотность заполнения: свыше 50%

К функциональным изделиям, например креплению полки на иллюстрации выше, предъявляются повышенные требования по прочности, причем зачастую в разных плоскостях. Хорошими кандидатами в таких случаях выступают кубическое, восьмигранное, четверть-кубическое и гироидное заполнение.

Кубическое заполнение

Кубическое заполнение состоит из наклонных кубиков. Более продвинутый вариант под название Cubic Subdivision состоит из стратегически расположенных разноразмерных кубиков, за счет чего использует меньше материала и позволяет быстрее завершать печать без потери прочности.

Восьмигранное заполнение

Восьмигранное заполнение также называется тетраэдрическим по двум видам составляющих геометрических форм — четырехгранным и усеченным восьмигранным пирамидкам.

Четверть-кубическое (слева) и гироидное заполнение (справа)

Четверть-кубическое (Quarter Cubic) заполнение вообще-то называется «усеченные чередующиеся кубические соты», но это слишком сложно и непонятно. Если просто, то это чередующиеся четырехгранные пирамидки — остроконечные и перевернутые усеченные. Это заполнение по функциональности похоже на предыдущее, то есть восьмигранное, и хорошо подходит для распределения нагрузок в тонких, но при этом прочных функциональных деталях.

Гироидное заполнение создает иллюзию волн и отличается высокой прочностью во всех направлениях, а потому хорошо подходит для изделий, нагруженных с разных сторон одновременно.

Гибкие изделия

Типичная плотность заполнения: 0-100% (чем выше, тем жестче результат)

Для 3D-печати эластичными материалами предусмотрены отдельные виды заполнения, включая концентрическое, крестообразное и объемное крестообразное.

Концентрическое (слева) и крестообразное заполнение (справа)

Концентрическое заполнение состоит из расходящихся по всему слою волн, повторяющих формы внешних стенок.

Крестообразное заполнение выглядит именно так — как рисунок, состоящий их переплетенных крестов. Замысловатая форма призвана помочь с сохранением формы после сгибания и закручивания. Объемное крестообразное заполнение похоже на «плоский» вариант с той лишь разницей, что слои постепенно смещаются по мере роста модели. На выходе получается более жесткое изделие.

Полезные советы

Выбор наиболее подходящего заполнения — далеко не единственный нюанс. О чем еще следует помнить:

Направление укладки

По умолчанию слайсер ориентирует заполнение так, чтобы максимально эффективно задействовать приводы по осям X и Y. Именно поэтому на иллюстрациях выше в основном фигурируют диагональные линии вместо вертикальных и горизонтальных. С одной стороны, это помогает сокращать время 3D-печати, но с другой стороны может негативно сказаться на прочности. При необходимости поменяйте ориентацию заполнения или даже его тип в зависимости от формы модели — так, чтобы обеспечить максимальные прочностные характеристики.

Направление укладки может повлиять на прочность

Градиентное и постепенное заполнение

Заполнение не обязательно должны быть равномерным по всему объему печатаемого изделия. Используя градиентное заполнение можно повысить плотность ближе к стенкам и добиться хорошего баланса жесткости изделия и экономии материала.

Постепенное заполнение, с другой стороны, делает нечто похожее, но в вертикальной плоскости вместо горизонтальной. Повышение плотности ближе к верхним слоям полезно тем, что на верхушке модели образуется плотная опорная структура, поверх которой удобно печатать «крышу» без провисаний. В нижней части модели такая плотность может быть избыточной, так что постепенное повышение плотности снизу вверх опять-таки помогает экономить на времени и материале. Заполнение типа «молния» придумали как раз для этого.

Выборочная регулировка плотности

С четвертого поколения слайcера Cura появилась возможность выставлять отдельные значения плотности для наполнения на разных участках моделей. Это позволяет использовать некоторые изящные дизайнерские приемы, например как на иллюстрации ниже.

Пока что выборочная регулировка требует обильной ручной работы, но вполне возможно, что в будущем разработчики автоматизируют и этот функционал.