patrones de relleno; ¿Cuál es el más fuerte para la impresión 3D?

Los patrones de relleno se ajustan a la estructura interior de una pieza impresa en 3D y tienen un efecto significativo en el tiempo de impresión de la pieza, el consumo de filamento, la flexibilidad, la resistencia, el peso y para qué se puede utilizar.

La mayoría de la gente comete el error de suponer que estos factores solo dependen de la cantidad de capas/perímetros y la densidad del relleno; sin embargo, hay una buena razón por la que Cura ofrece 13 patrones de relleno diferentes, ya que hay mucho que considerar al elegir un patrón de relleno. para una parte en particular.

Los patrones de relleno tienen ventajas, pero también inconvenientes. Hay factores importantes a tener en cuenta al elegir un patrón para sus piezas, como la resistencia, la duración de la impresión y la flexibilidad del producto terminado. Estas diferentes propiedades pueden hacer que un patrón sea más deseable que otro dependiendo de lo que pretenda hacer con la pieza después.

En este artículo, repasaré los diferentes patrones de relleno disponibles, cuándo usarlos (dependiendo de la fuerza que requiera la impresión), cómo hacer que una impresión 3D sea más fuerte, ¡y más!

En breve; La combinación de un patrón rectilíneo con un relleno del 100 % muestra la mayor resistencia a la tracción con un valor de 36,4 Mpa. Sin embargo, esto solo es cierto si las fuerzas aplicadas siguen la misma dirección que las capas de relleno. Para la mayoría de las impresiones, el patrón general más fuerte es el panal con un relleno de alrededor del 50 % .

La fuente de esta información se puede encontrar en este estudio de 2016 aquí.

Ahora, sin más preámbulos, ¡comencemos!

Diferentes patrones de relleno y su uso

El tipo de patrón que elija debe depender de las necesidades de una parte en particular. Entonces, aquí están los 13 patrones de relleno que actualmente ofrece Cura y discutiremos brevemente sus ventajas y desventajas y la razón para usar cada uno de ellos.

Patrones de relleno de baja resistencia (Líneas, Zig-Zag)

Densidad de relleno típica: 0-15 %

Líneas: El patrón de relleno de líneas es un patrón de relleno 2D y, como sugiere el nombre, consta de capas de líneas horizontales. Todas las líneas de una misma capa tienen la misma dirección, pero el ángulo entre las líneas de las capas sucesivas es de 90 grados. En otras palabras, estas líneas horizontales se imprimen a lo largo del eje X y el eje Y de un plano 2D.

El patrón de relleno de líneas se recomienda para imprimir prototipos y objetos de prueba porque consume menos material y tiene un tiempo de impresión más rápido que la mayoría de los otros patrones. Esto significa que las piezas son ligeras y pueden flotar en el agua. También es adecuada para imprimir objetos decorativos como figuritas y maquetas.

Las impresiones son moderadamente fuertes cuando se comprimen desde los lados, pero debido a que no hay soporte estructural a lo largo del eje Z, no soportan mucha fuerza de forma vertical. Esto hace que este patrón no sea adecuado para piezas destinadas a experimentar incluso fuerzas mecánicas moderadas.

Zig-Zag: El patrón de relleno en zig-zag es bastante similar al patrón de relleno de líneas y tiene las mismas ventajas y desventajas, así como los casos de uso.

La única diferencia es la forma en que se imprime una capa de líneas. En el patrón de relleno de líneas, una capa tiene más de una línea y estas no están conectadas entre sí, mientras que en el patrón de relleno en zig-zag, una capa consta de una sola línea continua. La diferencia solo se puede detectar mirando los bordes de ambos patrones de relleno.

Patrones de relleno de fuerza media (cuadrícula, triángulos, trihexágono)

Densidad de relleno típica: 15-50 %

Ceñita: El patrón de relleno de cuadrícula es similar al patrón de relleno de líneas, sin embargo, cada capa consta de líneas impresas a lo largo del eje X y el eje Y. Esto significa que las líneas en la misma capa parecen tener un ángulo de 90 grados entre ellas. Esto hace que las capas parezcan una cuadrícula y, por eso, a diferencia del patrón de relleno de líneas, una sola capa puede tener fuerza en dos dimensiones.

El patrón de relleno de vigas es más fuerte pero consume más material y tiene tiempos de impresión más lentos en comparación con los patrones de relleno de líneas y zig-zag.

Triángulos: El patrón de relleno de triángulos consta de triángulos que se fusionan para formar capas que luego se apilan verticalmente. A diferencia de los tres patrones anteriores, donde las líneas solo se imprimen en dos direcciones a lo largo del plano XY, el patrón triangular contiene líneas impresas en tres direcciones. Esto da una fuerza uniforme en todas las direcciones y es más resistente a las fuerzas externas.

Tenga en cuenta que si necesita una superficie lisa, tendrá que aumentar la cantidad de capas o cubiertas exteriores.

Tri-hexágono: El patrón de relleno de tres hexágonos es un patrón 2D fuerte que es similar al patrón de triángulos. Las líneas de cada capa también se imprimen en tres direcciones a lo largo del plano XY, pero de tal manera que los seis triángulos parecen estar fusionados para formar hexágonos que se conectan para formar una capa.

Patrones de relleno de alta resistencia (cúbico, subdivisión cúbica, octeto, cuarto cúbico, giroide)

Densidad de relleno típica:>50 %

Cúbico: El patrón de relleno cúbico es un patrón de relleno 3D fuerte que se compone de cubos apilados que se inclinan en un ángulo de 45 grados alrededor del eje X y el eje Y. Esto les da la ilusión de verse como triángulos.

El patrón de relleno cúbico es bastante fuerte ya que puede manejar la presión aplicada al objeto desde todas las direcciones, pero requiere más material y tiene un tiempo de impresión más lento. Se puede utilizar para imprimir piezas mecánicas funcionales.

Cúbico (Subdivisión): El patrón Cubic Subdivision es bastante similar al patrón Cubic y tiene la misma fuerza y ​​casos de uso, pero requiere menos material para ser impreso. Esto se logra creando cubos más grandes hacia la mitad de la impresión, y de esta manera se ahorra material donde el relleno no experimenta una cantidad significativa de presión externa.

Sin embargo, este patrón de relleno requiere más tiempo de corte que otros patrones de relleno.

Octato: El patrón de relleno de octetos es similar al patrón cúbico excepto que en lugar de verse como triángulos de pendientes crecientes, parece cuadrados. Los objetos que tienen el patrón de relleno de octeto son bastante fuertes, pueden sobrevivir a la presión de todos los lados y tienen la capacidad de realizar funciones mecánicas.

Cuarto Cúbico: El patrón de relleno de un cuarto cúbico es similar a otros patrones 3D como el cúbico y el octeto y tiene una fuerza y ​​casos de uso similares. Puede usarlo en modelos 3D incluso cuando el perímetro es muy delgado.

Gyroide: El patrón de relleno del giroide se ve absolutamente fantástico y también tiene la relación más alta entre resistencia y peso. Su estructura perforada lo convierte en un sólido permeable (permite el paso de líquidos o gases). Su tiempo de impresión y el uso del material son óptimos, pero asegúrese de realizar algunas pruebas si alguna vez desea imprimir con una densidad de relleno baja porque la estructura Gyroid necesita soporte y debe imprimirse con una densidad de relleno relativamente alta.

Patrones de relleno flexibles (Concéntrico, Cruz, Cruz 3D)

Densidad de relleno típica: 0-100 % (dependiendo de qué tan blanda quieras que sea la impresión).

Concéntrico: El patrón de relleno concéntrico contiene líneas concéntricas que son similares a la forma del objeto (contorno). Los objetos son flexibles y se pueden torcer sin experimentar ningún daño o deformación significativos en la forma general. Este patrón consume una cantidad relativamente baja de filamento y tiene un tiempo de impresión rápido.

Sin embargo, solo es adecuado para imprimir objetos flexibles y carece de fuerza horizontal.

Cruz: El patrón de relleno cruzado está impreso de tal manera que parece estar hecho de cruces elegantes y que tienen espacios vacíos que permiten que las impresiones sobrevivan a torsiones y dobladuras significativas.

La desventaja es que no hay soporte estructural para contrarrestar las fuerzas que se ejercen horizontalmente sobre el objeto.

Cruz 3D: El patrón de relleno 3D en cruz es similar al patrón en cruz, pero está impreso de tal manera que, a medida que la impresión crece, las líneas se mueven en forma inclinada. Es más fácil de imprimir y es ideal para imprimir objetos suaves y flexibles. La desventaja es que es débil y requiere más tiempo para cortar.

¿Qué patrón de relleno es el más fuerte?

Muchas personas que han usado impresoras 3D tienden a recomendar Honeycomb (Cubic) como el patrón de relleno más fuerte desde entonces, aunque es más débil en la dirección de las fuerzas que se aplican, en realidad es más fuerte que otros patrones porque es igualmente fuerte en todas las direcciones. ya que cada pequeña celda del panal es tan fuerte como toda la estructura.

Los mecanismos hexagonales en las celdas de panal están estructurados para difundir y distribuir la fuerza, y en lugar de concentrar su fuerza en solo uno o dos puntos, el patrón de panal distribuye esa fuerza en un área más grande. Al redistribuir la fuerza a todas las partes de la estructura, el panal es más capaz de manejar las fuerzas mecánicas generales que cualquier otro patrón.

El patrón de relleno de panal (cúbico) hace que las impresiones sean fuertes y rígidas, incluso en impresiones grandes y sólidas. La mayor resistencia le permite crear piezas con estructuras grandes y que tienen muchas propiedades mecánicas ventajosas en comparación con otros patrones de relleno.

Desde una perspectiva teórica, el relleno rectilíneo es el patrón más fuerte , si la fuerza aplicada está en la dirección de las líneas de las capas de relleno, es decir. Por lo demás, es un patrón relativamente débil, pero también es notablemente eficiente en términos de uso de plástico y, por lo tanto, se imprime aproximadamente un 30 % más rápido que el panal.

En breve; El patrón de relleno más fuerte para la mayoría de las situaciones es el patrón de panal (cúbico), ya que es capaz de distribuir las fuerzas provenientes de cualquier dirección a través de toda la estructura. El patrón rectilíneo es absolutamente el más fuerte, pero solo si las fuerzas se aplican en la misma dirección que el relleno.

¿Cómo afecta la densidad del relleno a la resistencia y cuál es un buen rango de densidad?

Otro factor de resistencia es la densidad del relleno, porque cuanto más denso sea el porcentaje de relleno, más resistente será la pieza.

Si considera la resistencia de un objeto, está directamente relacionada con su estructura:cuanto mayor sea el porcentaje de relleno, más material habrá en el medio de una pieza para que lo enfrenten las fuerzas externas y, por lo tanto, mayor será su resistencia a la rotura.

Debido a que proporciona la estructura más resistente y confiable, el 100 % de relleno es lo mejor. Sin embargo, la impresión llevará mucho más tiempo debido a la cantidad de material que se utiliza, y también costará más, ya que requiere más filamento que las alternativas de menor relleno.

Muchas personas están satisfechas en la mayoría de los casos con una densidad de relleno del 20-50 %, que da los mejores resultados con la mayoría de los patrones de relleno y te sorprenderá saber que un porcentaje de filamento del 50 % ya puede darte la misma fuerza que el 100 %. , o muy cerca de él, en algunos casos.

No espere un aumento drástico en la fuerza después de aumentar la densidad de relleno más allá del 50 %, ya que aquí es donde comenzará a obtener rendimientos decrecientes significativos. Cuanto mayor sea el porcentaje de filamento, menos efectivo será el aumento.

Probablemente no sea necesario imprimir sus piezas con una densidad de relleno superior al 75 %, ya que solo desperdicia filamento extra y hace que las piezas sean más pesadas, a menos que esté imprimiendo engranajes.

Consejo profesional :Optimice la orientación de la línea de relleno para que la impresión sea más resistente:la orientación predeterminada de las líneas de relleno es de 45°, y puede realizar mejoras significativas en la fuerza con el mismo porcentaje y patrón de relleno simplemente ajustando la orientación de las líneas de relleno de una manera específica (dependiendo.

¿Cómo afectan los patrones de relleno y la densidad al tiempo de impresión?

Variar el porcentaje de relleno y el patrón puede afectar la fuerza, el uso del material, el tiempo de impresión y otros aspectos del rendimiento de su objeto. Cada aumento en la fuerza generalmente significa que tiene que sacrificar costos y tiempos de impresión.

La clave para usar el porcentaje de relleno y el patrón con éxito es encontrar el punto óptimo que se encuentra en algún lugar entre demasiado débil y demasiado caro. Esta es la única manera de minimizar costos y tiempos de impresión y maximizar la resistencia.

Puede ser difícil personalizar la configuración de relleno a partir de diferentes densidades, patrones, estilos y orientaciones, pero cuando utiliza el adecuado para su trabajo, la impresión puede convertirse en un juego de niños.

¿Cuál es el relleno más rápido para imprimir?

El patrón de relleno más simple de imprimir y, por lo tanto, el más rápido, es el relleno de "líneas". También es el más popular por la única razón de que reduce significativamente el tiempo de impresión en comparación con otros patrones y aún proporciona una fuerza decente a los objetos.

Factores adicionales que pueden afectar la fuerza de una impresión

Si bien este artículo puede centrarse principalmente en los patrones de relleno, hay un par de factores adicionales que pueden afectar la calidad de las impresiones, como el tipo de filamento, la calidad del filamento, cómo se imprime realmente la pieza, el número de perímetros, la altura de la capa, y más.

Tipo de filamento

Hay docenas de filamentos diferentes (PLA, ABS, PETG, HIPS, policarbonato, nailon y muchos otros) y todos tienen sus ventajas y desventajas.

PLA, por ejemplo, es muy fácil de imprimir pero no puede soportar altas temperaturas y no debe usarse para hacer impresiones que dejará al aire libre.

El nylon es conocido por ser un filamento fantástico para imprimir engranajes, ya que es extremadamente resistente, y el policarbonato es el filamento más fuerte de todos, en lo que respecta a la resistencia a la tracción.

Esencialmente, deberá elegir el material de acuerdo con su uso previsto.

Calidad del filamento

Si bien la mayoría de los tipos de filamentos se fabrican hoy en día de manera más que decente, asegurarse de obtener un carrete de filamento de una marca de confianza aumentará sus posibilidades de imprimir con éxito y tener una impresión que sea funcional sin fallar demasiado pronto.

Solo tenga en cuenta una cosa:el filamento puede dañarse fácilmente, especialmente si absorbe humedad, lo que la mayoría de los filamentos harán y en poco tiempo, por lo que debe aprender a almacenarlos y cuidarlos adecuadamente.

Para obtener más información, consulte esta publicación que escribimos sobre cómo saber si el filamento se ha estropeado, cómo almacenarlo y cómo secar el filamento que ha absorbido humedad.

Orientación de impresión

Cuando me enteré de esto por primera vez, debo decir que me sorprendió... ¡aunque es muy obvio una vez que lo piensas!

Los puntos débiles de una impresión 3D son siempre sus líneas de capa, lo que significa que imprimir un objeto verticalmente (lo que esencialmente significa que las capas se imprimirán de manera horizontal) producirá un resultado de fuerza muy diferente al que se obtiene si imprimiera el modelo horizontalmente. , o de costado.

CNC Kitchen hizo una comparación entre la impresión de ganchos en una orientación de pie y en una orientación horizontal y los resultados en la diferencia de fuerza general fueron bastante fascinantes:

Dado que imprimir un gancho verticalmente significa que las capas se imprimen horizontalmente, y que la adherencia de la capa termina siendo mucho más débil cuando se ejerce una fuerza de tracción sobre el gancho, se termina rompiendo mucho más fácilmente que el impreso horizontalmente (con solo aplicar la misma fuerza). ).

Esto no significa que siempre debas imprimir tus modelos de lado, sino más bien pensar en cuál va a ser el uso del modelo e imprimirlo de tal manera que las fuerzas aplicadas a él sean en la misma dirección que el filamento.

Número de perímetros

Los perímetros son la parte exterior de la impresión, la parte que vemos, mientras que el relleno está en el interior para evitar que la impresión se colapse.

Los perímetros, también conocidos como caparazones, tienen un gran impacto en la resistencia, de hecho, son mucho más importantes que el relleno en la mayoría de los casos; Solo agregar un perímetro adicional puede aumentar la fuerza de la impresión en la misma cantidad que agregaría un 10%-15% de relleno.

Altura de capa

Generalmente, cuanto menor sea la altura de la capa, mayor adherencia habrá. Si corta una impresión perpendicular a las líneas de la capa, si se imprimió con una altura de capa muy gruesa, habría espacios visibles entre las capas de filamento, lo que debilitaría la pieza.

Por otro lado, un espesor de capa más bajo asegurará que todas las diferentes capas se adhieran correctamente. Sin embargo, esto es solo hasta cierto punto, ya que ir por debajo de 0,1 mm reducirá la fuerza de la impresión.

Esencialmente, la altura de la capa más fuerte es de 0,1 mm o 0,12 mm, por encima o por debajo de este valor se reducirá la fuerza de la impresión.

¿Cómo aumentar la fuerza de una impresión 3D?

Aparte de ajustar la altura de la capa, el porcentaje de relleno, imprimir el objeto con una orientación diferente y todos los pasos que acabo de mencionar, también puede recocer la impresión, que consiste en calentar todo el objeto impreso a su temperatura de transición vítrea para que se se “derrite”, lo que cambia la estructura molecular del filamento y también ayuda a que las capas se adhieran aún mejor.

Si desea obtener más información sobre cómo funciona el proceso de recocido, consulte este artículo.

Resumen:Relleno para diferentes tipos de impresión

Ya mencioné toda esta información anteriormente, pero aquí hay solo un resumen rápido del porcentaje de relleno y el patrón que debe usar según el tipo de objeto que imprimirá.

Piezas que necesitan ser fuertes y resistentes

• Patrones de relleno: Cúbico, subdivisión cúbica, octeto, cuarto cúbico, giroide
• Porcentajes de relleno: 50-75 %

Estampados regulares

• Patrones de relleno: Cuadrícula, triángulos, trihexágono
• Porcentajes de relleno: 15-50 %

Maquetas, figuras y miniaturas

• Patrones de relleno: Líneas, zig-zag
• Porcentajes de relleno: 0-15 %

Estampados flexibles

• Patrones de relleno: Concéntrico, cruzado, cruzado 3D
• Porcentajes de relleno: 0-100 % (dependiendo de su preferencia por lo blando)

Conclusión

Como mencioné, los patrones de relleno más fuertes son los rectilíneos y los de panal de abejas, y este último no es tan fuerte en términos de resistencia a la tracción, pero es más fuerte en todos los demás aspectos.

No olvide que hay muchos otros factores que influyen en la fuerza y ​​la resistencia de su impresión, ¡así que téngalos en cuenta también!

¡Espero que esta información haya sido útil!

¡Que tengas un gran día!

Consulta nuestra sección de productos recomendados

Creamos una sección de productos recomendados que le permitirá eliminar las conjeturas y reducir el tiempo dedicado a investigar qué impresora, filamento o actualizaciones obtener, ya que sabemos que esta puede ser una tarea muy desalentadora y que generalmente genera mucha confusión. .

Hemos seleccionado solo un puñado de impresoras 3D que consideramos buenas tanto para principiantes como para intermedios e incluso expertos, lo que facilita la decisión, y los filamentos, así como las actualizaciones enumeradas, fueron probados por nosotros y seleccionados cuidadosamente. , para que sepa que cualquiera que elija funcionará según lo previsto.