Impresión 3D con Gyroid Infills:¡todo lo que necesita saber!

La mayoría de los fabricantes de la comunidad de impresión 3D son conscientes de la importancia de elegir un patrón y un porcentaje de relleno correctos cuando se trata de crear piezas funcionales tanto para prototipos como para fines de producción.

En los últimos años, han surgido muchos patrones nuevos para abordar problemas técnicos específicos. Algunos patrones encontraron su lugar en la caja de herramientas del fabricante, mientras que otros fueron desechados y se recuerdan como un experimento interesante.

Es posible que esté al tanto de la existencia del Gyroid Refill , lo cual es interesante por múltiples factores. Averigüemos qué es el patrón de giroides y cómo es útil.

El relleno giroide es un patrón cuya característica más importante es su simetría cúbica, que a diferencia de todos los demás patrones es una estructura casi isotrópica, lo que significa que es igualmente resistente a las fuerzas provenientes de todas las direcciones. Su principal ventaja es su gran resistencia y solidez general, incluso con porcentajes de relleno más bajos.

¿Qué es un relleno de giroides?

La mayoría de los objetos impresos en 3D necesitan una estructura interna que vincule los perímetros y las capas superior e inferior. Es por eso que establecemos un patrón de relleno y un porcentaje durante el corte. Cualquier tipo de estructura puede manejar esto, pero cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, el Relleno de líneas es más rápido pero relativamente más débil que los otros patrones, a menos que las fuerzas que se le apliquen sigan las líneas de relleno.

A medida que la comunidad de fabricantes probaba diseños especiales, se incorporaron nuevas formas de rellenar piezas impresas en 3D. En 2017, estudios realizados sobre estructuras de grafeno de tipo giroide revelaron que esta forma otorgaba a las piezas una resistencia excepcional. Cuando se aplica a la impresión 3D, esto da como resultado una estructura que combina rigidez y velocidad de impresión.

El relleno giroide se realiza con continuos movimientos curvilíneos de la extrusora. Eso da como resultado un movimiento suave y una deposición de filamento muy constante.

Su resistencia a menudo se compara con la del panal, otro patrón de relleno inspirado en la naturaleza. La principal diferencia entre ellos es cómo están construidos. Honeycomb, como la mayoría de los rellenos, repite su forma en cada capa. Eso lo obliga a establecer un porcentaje de relleno más alto si necesita aumentar la resistencia a la compresión en el eje Z. Cuando usa gyroid, distribuye por igual la resistencia del objeto para cada eje, por lo que el porcentaje de relleno es más eficiente. En términos técnicos, el Gyroid Infill está cerca de ser isotrópico, lo cual es una de sus mayores ventajas.

Otro patrón que varía en cada capa es el relleno cúbico. Forma pequeños cubos a medida que la extrusora asciende durante la impresión. Esto hace que el objeto sea muy resistente a las fuerzas de compresión provenientes de todas las direcciones. Independientemente, el relleno de giroides también es mejor en los casos en que su impresión requiere resistencia al corte.

¿Qué es un giroide?

Un giroide es técnicamente una superficie mínima triple periódica (TPMS). Estas superficies no se intersecan entre sí, y por eso forman un "laberinto". Se pueden subdividir hasta una celda unitaria en tres dimensiones, por lo que se pueden replicar en una impresora 3D.

Además de su uso en estructuras de grafeno, este patrón tiene aplicaciones en supercondensadores, células solares y membranas nanoporosas. Patrones similares se ven en las alas de las mariposas, lo que explica su ligereza y alta resistencia.

La propiedad más importante del giroide en relación con la impresión 3D es su simetría cúbica. Esto quiere decir que, aunque no es del todo cierto en el sentido matemático, podemos considerarla una estructura isótropa. Un objeto isotrópico tiene la misma resistencia en cualquier dirección. Entre los diferentes patrones de relleno, gyroid es el más adecuado para piezas que requieren gran resistencia. Su relación peso/resistencia es muy inferior a la mayoría de patrones conocidos, por lo que una pieza con este relleno puede soportar mayores cargas utilizando menos material.

Propiedades del relleno Gyroid

Desde que se empezó a utilizar el Gyroid Infill, muchos usuarios han puesto a prueba esta estructura, para demostrar si realmente tiene propiedades superiores al patrón de panal, una estructura basada en hexágonos.

Encontré un experimento ¹ que probó la resistencia de diferentes rellenos aplicando una fuerza de corte a las barras impresas en 3D. Para ello, se imprimieron tres barras idénticas, con diferentes patrones de relleno:líneas, panal y giroide. Luego se registró el peso máximo soportado por cada barra.

Las conclusiones de este experimento fueron las siguientes:

• La giroide fue la estructura más fuerte en general cuando se usó el mismo porcentaje de relleno.
• El peso de la barra giroide impresa era casi un 10 % más ligero que el de la barra de panal.
• El tiempo de impresión de la barra giroide fue el más corto de los tres.

Se ha demostrado que el patrón giroide es más fuerte y rápido, y utiliza menos material que los demás. Si no tenemos en cuenta los perímetros, el peso del giroide es casi un 30% más ligero que el del panal. Por lo que ahorra dinero y tiempo sin mayores inconvenientes.

Ventajas del relleno Gyroid

Cerca de ser isotrópico:

Un material isotrópico mantiene sus propiedades en cualquier dirección. Aunque técnicamente no es cierto en la definición matemática más pura, la simetría del Relleno Gyroid en los tres ejes ayuda a igualar su resistencia en cualquier dirección.

Algunos patrones, como las líneas, solo tienen buena resistencia si las fuerzas provienen de la misma dirección que el relleno. Otros son buenos cuando se comprimen, pero débiles a los esfuerzos cortantes. El giroide tiene muy buena resistencia a cualquier combinación y dirección de fuerzas.

En general muy fuerte

El relleno de giroide es tan fuerte que incluso se puede imprimir sin usar perímetros. Algunos objetos se diseñan ubicando perímetros solo en partes absolutamente necesarias. Los otros patrones de relleno deben "apoyarse" en los perímetros, de lo contrario, su estructura colapsaría.

Tiempos de impresión más cortos

Con el mismo porcentaje de relleno, el giroide imprime entre un 2 % y un 5 % más rápido que el patrón rectilíneo. Cuando hablamos de producción en masa, estos valores son significativos.

Menor consumo de material

Otro factor económico:con menos filamento se puede hacer una pieza más resistente. Como se puede imprimir sin paredes siendo funcional, podrías reducir aún más su peso.

Relleno atractivo

Aunque es una cuestión de gusto personal, el relleno de giroide podría considerarse el más atractivo de todos los patrones disponibles actualmente. Muchos diseñadores han modelado jarrones, vasos o macetas sin perímetros, dejando al descubierto el relleno. Los resultados son asombrosos como veremos más adelante.

No se superpone en la misma capa

La estructura no tiene puntos débiles ya que sus líneas son continuas a lo largo de toda la capa. Esto también reduce los problemas de extrusión o la obstrucción de las boquillas.

Es independiente de la orientación

A veces es necesario imprimir el objeto con una orientación específica. Esa orientación puede no ser la misma que la requerida para obtener la mejor resistencia. Con un relleno de giroide, puedes solucionar este problema, ya que tiene la misma resistencia en cualquier dirección. Esta propiedad podría ayudar a reducir el consumo de filamento, ya que necesita menos soportes con una orientación adecuada del objeto.

Le permite considerar el uso de materiales más débiles

Cuando necesitamos un objeto impreso en 3D fuerte, a menudo pensamos en ABS o Nylon como la opción obvia, ya que son fuertes y resistentes. Pero podríamos mejorar la resistencia del PLA mediante el uso de un relleno de giroide, lo que haría que el objeto fuera más barato y más fácil de imprimir.

No necesita soportes

Cada TPMS es de naturaleza autosuficiente, lo que los hace perfectos para la fabricación FDM.

Permite el paso de fluidos

Puede usar este patrón para aplicaciones que requieren flujo de aire o agua, como empaques electrónicos o disipadores de calor.

Desventajas del relleno Gyroid

Tiempos de corte más altos

Aunque este factor se subestima a menudo, el tiempo de corte puede ser excesivo si tenemos que depender de una computadora de bajo rendimiento. Los códigos G generados suelen ser más grandes cuando se usa el giroide. Esto puede hacer que las impresiones fallen cuando la impresora está conectada a la computadora a través de USB.

La vibración de la impresora puede ser bastante alta en porcentajes de relleno más altos

Dado que el giroide está formado por curvas, la extrusora tiene que moverse mucho en todas las direcciones. Esto produce vibraciones no deseadas que se transmiten al objeto, especialmente a alta velocidad. La solución es reducir el porcentaje de relleno para lograr movimientos de extrusión más amplios y reducir la velocidad de relleno. Recuerda que este patrón no necesita mucho relleno para funcionar bien.

Configuración de segmentación de relleno de giroide

La principal ventaja del patrón giroide es que no necesita mucho porcentaje de relleno para ser resistente:una pieza pequeña de 2 perímetros y un 10% de relleno soporta casi 10 kg. Si aumenta el porcentaje, la resistencia aumentará de forma no lineal. Puede comenzar con un relleno del 5 % y aumentarlo en los casos en que se necesite más resistencia.

La velocidad de impresión puede ser ligeramente superior. De todos modos, te recomiendo que sigas usando la misma velocidad que has estado usando. Tenga la seguridad de que al reducir el porcentaje de relleno y mantener la velocidad de movimiento, el tiempo de impresión se reducirá sustancialmente.

Si no encuentra Gyroid en la configuración de su cortadora, descargue la última versión de Cura. Esto también se aplica a PrusaSlicer, Simplify3D y otras cortadoras populares.

Usos creativos con Gyroid Infills

Debido a la forma interesante de un giroide, este patrón ha llamado la atención de artistas y creadores. Veamos cómo se pueden usar las propiedades de gyroid para hacer piezas complejas e interesantes:

Gyroid imprimible en 3D por Dan O'Connell

Este diseño es simplemente un cubo sin paredes exteriores. Con esta pieza podemos probar la resistencia del objeto, colocando objetos pesados ​​en cualquiera de sus caras. También permite ver como su “laberinto” permite que el agua (o cualquier fluido) entre y salga por completo, sin estancarse en algún recoveco interior. Es una pieza ideal para mostrar la estructura giroide a aquellos que nunca han visto una.

Lámpara giroide imprimible en 3D de Greg

Una lámpara esférica con un patrón giroide. Como el giroide es una superficie (técnicamente no es un cuerpo) permite el paso de la luz de la lámpara. Además, su resistencia estructural protege la lámpara de golpes directos. Se ve muy bien cuando se imprime con materiales translúcidos, como PETG.

Marcador giroide imprimible en 3D de PlasticPasta 3D

Este diseño (un marcapáginas) combina la alta resistencia del giroide con su belleza estructural. Muestra que este patrón de relleno se puede utilizar para mejorar la estética de los objetos familiares. En cambio, los libros y las cosas nerds se llevan muy bien…

Soporte de estante giroide imprimible en 3D de Alexander

¡Este soporte de estante fue diseñado para soportar pesos superiores a 20 kg, utilizando solo 67 g de material! Son más de 20 libros. Demuestra que la impresión 3D todavía tiene cosas que decir.

Además, su aspecto de "esponja de hueso" se ve muy bien cuando se imprime en blanco...

Una vez que pruebes el giroide, no habrá vuelta atrás. Alta resistencia, bajo peso y tiempos de impresión más cortos, ¡todo lo que quiere un fabricante!

Conclusión

Habiendo revisado los detalles técnicos y las aplicaciones artísticas del Gyroid Infill, espero poder transmitir al menos un poco del asombro que tengo por este patrón. Aunque ya uso este patrón como mi relleno predeterminado, todavía estoy impresionado por su apariencia y las propiedades que tiene. ¡Definitivamente deberías considerar comenzar a usarlo o al menos intentarlo!

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