Motifs de remplissage ; Quel est le plus fort pour l'impression 3D ?

Les motifs de remplissage sont conformes à la structure intérieure d'une pièce imprimée en 3D et ils ont un effet significatif sur le temps d'impression de votre pièce, la consommation de filament, la flexibilité, la résistance, le poids et son utilisation.

La plupart des gens font l'erreur de supposer que ces facteurs ne dépendent que du nombre de coques/périmètres et de la densité de remplissage, cependant, il y a une bonne raison pour laquelle Cura propose 13 modèles de remplissage différents car il y a beaucoup à considérer lors du choix d'un modèle de remplissage. pour une partie particulière.

Les motifs de remplissage présentent des avantages, mais aussi des inconvénients. Il y a des facteurs importants à prendre en compte lors du choix d'un motif pour vos pièces, tels que la résistance, la durée d'impression et la flexibilité du produit fini. Ces différentes propriétés peuvent rendre un motif plus souhaitable qu'un autre en fonction de ce que vous avez l'intention de faire avec la pièce par la suite.

Dans cet article, je passerai en revue les différents motifs de remplissage disponibles, quand les utiliser (en fonction de la force requise par l'impression), comment rendre une impression 3D plus solide, et plus encore !

Bref; La combinaison d'un motif rectiligne avec un remplissage à 100 % montre la résistance à la traction la plus élevée avec une valeur de 36,4 MPa. Ceci n'est cependant vrai que si les forces appliquées suivent la même direction que les couches de remplissage. Pour la plupart des impressions, le motif le plus solide est le nid d'abeille avec un remplissage d'environ 50 % .

La source de ces informations se trouve dans cette étude de 2016 ici.

Maintenant, sans plus tarder, commençons !

Différents modèles de remplissage et leur utilisation

Le type de motif que vous choisissez doit dépendre des besoins d'une pièce particulière. Voici donc les 13 modèles de remplissage actuellement proposés par Cura et nous discuterons brièvement de leurs avantages et inconvénients et de la justification de l'utilisation de chacun d'eux.

Modèles de remplissage à faible résistance (Lignes, Zig-Zag)

Densité de remplissage typique : 0-15 %

Lignes : Le motif de remplissage des lignes est un motif de remplissage 2D et, comme son nom l'indique, il se compose de couches de lignes horizontales. Toutes les lignes d'un même calque ont la même direction, mais l'angle entre les lignes des calques successifs est de 90 degrés. En d'autres termes, ces lignes horizontales sont imprimées le long de l'axe X et de l'axe Y d'un plan 2D.

Le motif de remplissage de lignes est recommandé pour l'impression d'objets de test et de prototypes car il consomme moins de matériel et a un temps d'impression plus rapide que la plupart des autres motifs. Cela signifie que les pièces sont légères et peuvent flotter sur l'eau. Il convient également à l'impression d'objets décoratifs comme des figurines et des modèles.

Les impressions sont modérément fortes lorsqu'elles sont comprimées sur les côtés, mais comme il n'y a pas de support structurel le long de l'axe Z, elles ne supportent pas beaucoup de force de manière verticale. Cela rend ce modèle inadapté aux pièces destinées à subir des forces mécaniques même modérées.

Zig-Zag : Le motif de remplissage en zigzag est assez similaire au motif de remplissage en lignes et présente les mêmes avantages et inconvénients, ainsi que les cas d'utilisation.

La seule différence est la façon dont une couche de lignes est imprimée. Dans le motif de remplissage des lignes, un calque comporte plusieurs lignes et celles-ci ne sont pas reliées les unes aux autres, tandis que dans le motif de remplissage en zigzag, un calque se compose d'une seule ligne continue. La différence ne peut être repérée qu'en regardant les bords des deux motifs de remplissage.

Modèles de remplissage de résistance moyenne (grille, triangles, tri-hexagone)

Densité de remplissage typique : 15-50 %

Ceindre : Le motif de remplissage de la grille est similaire au motif de remplissage des lignes, cependant, chaque couche se compose de lignes imprimées le long de l'axe X et de l'axe Y. Cela signifie que les lignes sur le même calque semblent avoir un angle de 90 degrés entre elles. Cela donne aux calques l'apparence d'une grille et, à cause de cela, contrairement au motif de remplissage des lignes, un seul calque peut avoir une force en deux dimensions.

Le motif de remplissage de la ceinture est plus solide mais consomme plus de matériau et a des temps d'impression plus lents par rapport aux lignes et aux motifs de remplissage en zigzag.

Triangle : Le motif de remplissage des triangles se compose de triangles qui sont fusionnés pour former des couches qui sont ensuite empilées verticalement. Contrairement aux trois premiers motifs, où les lignes ne sont imprimées que dans deux directions le long du plan XY, le motif en triangle contient des lignes imprimées dans trois directions. Cela donne une force uniforme dans toutes les directions et est plus résistant aux forces extérieures.

Notez que si vous avez besoin d'une surface lisse, vous devrez augmenter le nombre de couches extérieures ou de coques.

Tri-hexagone : Le motif de remplissage à trois hexagones est un motif 2D solide similaire au motif de triangles. Les lignes de chaque couche sont également imprimées dans trois directions le long du plan XY, mais de telle manière que six triangles semblent fusionnés pour former des hexagones qui se connectent pour former une couche.

Modèles de remplissage à haute résistance (cubique, subdivision cubique, octet, quart de cube, gyroïde)

Densité de remplissage typique :>50%

Cubique : Le motif de remplissage cubique est un motif de remplissage 3D solide composé de cubes empilés inclinés à un angle de 45 degrés autour des axes X et Y. Cela leur donne l'illusion de ressembler à des triangles.

Le motif de remplissage cubique est assez solide car il peut supporter la pression appliquée à l'objet dans toutes les directions, mais il nécessite plus de matériau et a un temps d'impression plus lent. Il peut être utilisé pour imprimer des pièces mécaniques fonctionnelles.

Cubique (Subdivision) : Le motif Cubic Subdivision est assez similaire au motif Cubic et a la même force et les mêmes cas d'utilisation, mais il nécessite moins de matériel pour être imprimé. Ceci est réalisé en créant des cubes plus grands vers le milieu de l'impression, et de cette façon le matériau est économisé là où le remplissage ne subit pas une pression externe significative.

Cependant, ce motif de remplissage prend plus de temps à trancher que les autres motifs de remplissage.

Octet : Le motif de remplissage en octets est similaire au motif cubique, sauf qu'au lieu de ressembler à des triangles de pentes croissantes, il ressemble à des carrés. Les objets ayant le motif de remplissage en octets sont assez solides, peuvent résister à la pression de tous les côtés et ont la capacité d'effectuer des fonctions mécaniques.

Quart de cube : Le modèle de remplissage quart de cube est similaire à d'autres modèles 3D comme le cube et l'octet et a des cas de force et d'utilisation similaires. Vous pouvez l'utiliser sur des modèles 3D même lorsque le périmètre est très fin.

Gyroïde : Le motif de remplissage gyroïde est absolument fantastique et il a également le rapport résistance / poids le plus élevé. Sa structure perforée en fait un solide perméable (peut laisser passer des liquides ou des gaz). Son temps d'impression et son utilisation du matériau sont optimaux, mais assurez-vous de faire des tests si vous souhaitez imprimer avec une faible densité de remplissage, car la structure Gyroid a besoin d'un support et doit être imprimée avec une densité de remplissage relativement élevée.

Modèles de remplissage flexibles (concentriques, croisés, croisés 3D)

Densité de remplissage typique : 0-100 % (selon le degré de spongieux que vous souhaitez pour l'impression).

Concentrique : Le motif de remplissage concentrique contient des lignes concentriques similaires à la forme de l'objet (contour). Les objets sont flexibles et peuvent être tordus sans subir de dommages ou de déformations importants de la forme générale. Ce motif consomme une quantité relativement faible de filament et a un temps d'impression rapide.

Cependant, il ne convient qu'à l'impression d'objets flexibles et manque de résistance horizontale.

Croix : Le motif de remplissage croisé est imprimé de telle manière qu'il semble être composé de croix fantaisie et qui ont des espaces vides qui permettent aux impressions de survivre à une torsion et à une flexion importantes.

L'inconvénient est qu'il n'y a pas de support structurel pour contrer les forces qui s'exercent horizontalement sur l'objet.

Cross 3D : Le motif de remplissage 3D en croix est similaire au motif en croix, mais il est imprimé de telle manière qu'au fur et à mesure que l'impression grandit, les lignes se déplacent selon les inclinaisons. Il est plus facile à imprimer et est idéal pour imprimer des objets souples et flexibles. L'inconvénient est qu'il est faible et nécessite plus de temps pour trancher.

Quel motif de remplissage est le plus fort ?

De nombreuses personnes qui ont utilisé des imprimantes 3D ont tendance à recommander Honeycomb (Cubic) comme motif de remplissage le plus solide depuis -, bien que plus faible dans la direction des forces appliquées, il est en fait plus solide que les autres motifs car il est également solide dans toutes les directions car chaque petite cellule de nid d'abeilles est aussi solide que la structure entière.

Les mécanismes hexagonaux des cellules en nid d'abeille sont structurés pour diffuser et répartir la force, et au lieu de concentrer sa force sur un ou deux points seulement, le motif en nid d'abeille étale cette force sur une plus grande surface. En redistribuant la force à toutes les parties de la structure, le nid d'abeilles est mieux à même de gérer les forces mécaniques générales que tout autre modèle.

Le motif de remplissage en nid d'abeille (cubique) rend les impressions solides et rigides, même dans les grandes impressions solides. La résistance accrue vous permet de créer des pièces avec de grandes structures et qui ont de nombreuses propriétés mécaniques avantageuses par rapport aux autres modèles de remplissage.

D'un point de vue théorique, le remplissage rectiligne est le motif le plus fort , si la force appliquée est dans la direction des lignes des couches de remplissage, c'est-à-dire. Sinon, c'est un motif relativement faible, mais il est également remarquablement efficace en termes d'utilisation de plastique, et s'imprime donc environ 30 % plus rapidement que le nid d'abeille.

Bref; Le modèle de remplissage le plus solide pour la plupart des situations est le modèle en nid d'abeille (cubique) car il est capable de répartir les forces provenant de n'importe quelle direction à travers toute la structure. Le motif rectiligne est le plus fort absolu, mais seulement si les forces sont appliquées dans la même direction que le remplissage.

Comment la densité de remplissage affecte-t-elle la résistance et qu'est-ce qu'une bonne plage de densité ?

Un autre facteur de résistance est la densité de remplissage, car plus le pourcentage de remplissage est dense, plus la pièce est résistante.

Si vous considérez la résistance d'un objet, elle est directement liée à sa structure :plus le pourcentage de remplissage est élevé, plus il y a de matière au milieu d'une pièce pour que les forces extérieures puissent en faire face, et par conséquent, plus sa résistance à la rupture est forte.

Parce qu'il fournit la structure la plus robuste et la plus fiable, un remplissage à 100 % est le meilleur. Cependant, l'impression prendra beaucoup plus de temps en raison de la quantité de matériau utilisé, et cela coûtera également plus cher car il faut plus de filament que les alternatives de remplissage inférieures.

Beaucoup de gens sont satisfaits dans la plupart des cas avec une densité de remplissage de 20 à 50 %, ce qui donne les meilleurs résultats avec la plupart des motifs de remplissage et vous serez surpris de savoir qu'un pourcentage de filament de 50 % peut déjà vous donner la même résistance que 100 % , ou très proche, dans certains cas.

Ne vous attendez pas à une augmentation drastique de la résistance après avoir augmenté la densité de remplissage au-delà de 50 %, car c'est là que vous commencerez à obtenir des rendements décroissants significatifs. Plus le pourcentage de filaments est élevé, moins l'augmentation devient efficace.

Il n'est probablement pas nécessaire d'imprimer vos pièces avec une densité de remplissage supérieure à 75 %, car cela gaspille simplement du filament supplémentaire et alourdit les pièces, sauf si vous imprimez des engrenages.

Conseil de pro :Optimiser l'orientation des lignes de remplissage pour rendre l'impression plus résistante :l'orientation par défaut des lignes de remplissage est de 45 °, et vous pouvez améliorer considérablement la résistance avec le même pourcentage et le même motif de remplissage en ajustant simplement l'orientation des lignes de remplissage d'une manière spécifique (selon.

Comment les motifs de remplissage et la densité affectent-ils le temps d'impression ?

La variation du pourcentage de remplissage et du motif peut affecter la résistance, l'utilisation du matériau, le temps d'impression et d'autres aspects des performances de votre objet. Chaque augmentation de puissance signifie généralement que vous devez sacrifier les coûts et les temps d'impression.

La clé pour utiliser avec succès le pourcentage et le motif de remplissage est de trouver le juste milieu entre trop faible et trop cher. C'est le seul moyen de minimiser les coûts et les temps d'impression et de maximiser la résistance.

Il peut être difficile de personnaliser les paramètres de remplissage à partir de densités, de motifs, de styles et d'orientations différents, mais lorsque vous utilisez le bon pour votre travail, l'impression peut devenir un jeu d'enfant.

Quel est le remplissage le plus rapide à imprimer ?

Le motif de remplissage le plus simple à imprimer, et donc le plus rapide, est le remplissage « lignes ». C'est aussi le plus populaire pour la seule raison qu'il réduit considérablement le temps d'impression par rapport à d'autres motifs et qu'il offre toujours une résistance décente aux objets.

Facteurs supplémentaires pouvant affecter la résistance d'une impression

Bien que cet article puisse être principalement axé sur les motifs de remplissage, il existe quelques facteurs supplémentaires qui peuvent affecter la qualité d'une impression, tels que le type de filament, la qualité du filament, la façon dont la pièce est réellement imprimée, le nombre de périmètres, la hauteur de la couche, et plus encore.

Type de filaments

Il existe des dizaines de filaments différents (PLA, ABS, PETG, HIPS, Polycarbonate, Nylon, et bien d'autres) et ils ont tous leurs avantages comme leurs inconvénients.

Le PLA, par exemple, est très facile à imprimer mais ne peut pas supporter des températures élevées et ne doit pas être utilisé pour réaliser des impressions que vous laisserez à l'extérieur.

Le nylon est connu pour être un filament fantastique pour imprimer des engrenages car il est extrêmement résistant, et le polycarbonate est le filament le plus solide de tous, en ce qui concerne la résistance à la traction.

Essentiellement, vous devrez choisir le matériau en fonction de son utilisation prévue.

Qualité des filaments

Alors que la plupart des types de filaments sont fabriqués de nos jours de manière plus que décente, vous assurer d'obtenir une bobine de filament d'une marque réputée augmentera vos chances d'imprimer avec succès et d'avoir une impression qui fonctionnera sans échouer trop tôt.

Notez juste une chose :le filament peut être facilement endommagé, surtout s'il absorbe l'humidité, ce que la plupart des filaments feront et en un rien de temps, vous devez donc apprendre à les stocker et à en prendre soin correctement.

Pour en savoir plus, consultez cet article que nous avons écrit sur la façon de savoir si le filament s'est détérioré, comment le stocker et comment sécher le filament qui a absorbé l'humidité.

Orientation d'impression

Quand j'ai découvert cela pour la première fois, je dois dire que j'ai été surpris… même si c'est vraiment évident une fois qu'on y pense !

Les points faibles d'une impression 3D sont toujours ses lignes de calque, ce qui signifie que l'impression d'un objet verticalement (ce qui signifie essentiellement que les calques seront imprimés de manière horizontale) donnera un résultat de résistance très différent que si vous imprimiez le modèle horizontalement. , ou sur le côté.

CNC Kitchen a fait une comparaison entre les crochets d'impression dans une orientation debout ainsi que dans une orientation horizontale et les résultats de la différence de résistance globale étaient assez fascinants :

Étant donné qu'imprimer un crochet verticalement signifie que les couches sont imprimées horizontalement, et que l'adhérence des couches finit par être beaucoup plus faible lorsqu'on exerce une force de traction sur le crochet, il finit par se casser beaucoup plus facilement que celui imprimé horizontalement (avec seulement autant de force appliquée ).

Cela ne signifie pas que vous devez toujours imprimer vos modèles sur le côté, mais plutôt penser à ce que va être l'utilisation du modèle et l'imprimer de telle sorte que les forces qui lui seront appliquées seront dans le même sens que le filament.

Nombre de périmètres

Les périmètres sont la partie extérieure de l'impression, la partie que nous voyons, tandis que le remplissage est à l'intérieur pour empêcher l'impression de s'effondrer.

Les périmètres, également appelés coques, ont un impact majeur sur la résistance, en fait ils sont beaucoup plus importants que le remplissage dans la plupart des cas; Le simple fait d'ajouter un périmètre supplémentaire peut augmenter la résistance de l'impression du même montant que l'ajout de 10 % à 15 % de remplissage le ferait.

Hauteur du calque

Généralement, plus la hauteur de couche est faible, plus il y aura d'adhérence. Si vous coupez une impression perpendiculaire aux lignes de calque, si elle a été imprimée avec une hauteur de couche très épaisse, il y aura des espaces visibles entre les couches de filaments, ce qui affaiblira la pièce.

D'autre part, une épaisseur de couche inférieure garantira que toutes les différentes couches adhèrent correctement. Cependant, ce n'est que jusqu'à un certain point, car descendre en dessous de 0,1 mm réduira la résistance d'une impression.

Essentiellement, la hauteur de couche la plus forte est de 0,1 mm ou 0,12 mm, aller au-dessus ou en dessous de cette valeur réduira la résistance de l'impression.

Comment augmenter la force d'une impression 3D ?

En plus d'ajuster la hauteur de la couche, le pourcentage de remplissage, d'imprimer l'objet avec une orientation différente et toutes les étapes que je viens de mentionner, vous pouvez également recuire l'impression, qui consiste à chauffer l'ensemble de l'objet imprimé à sa température de transition vitreuse afin qu'il soit légèrement "fond", ce qui modifie la structure moléculaire du filament et aide également les couches à mieux adhérer.

Si vous voulez en savoir plus sur le fonctionnement du processus de recuit, consultez cet article.

Résumé :Remplissage pour différents types d'impression

J'ai déjà mentionné toutes ces informations plus tôt, mais voici juste un bref aperçu du pourcentage de remplissage et du motif que vous devez utiliser en fonction du type d'objet que vous allez imprimer.

Les pièces qui doivent être solides et résistantes

• Modèles de remplissage : Cubique, subdivision cubique, octet, quart de cube, gyroïde
• Pourcentages de remplissage : 50-75 %

Impressions régulières

• Modèles de remplissage : Grille, triangles, tri-hexagone
• Pourcentages de remplissage : 15-50 %

Modèles, figurines et miniatures

• Modèles de remplissage : Lignes, zigzag
• Pourcentages de remplissage : 0-15 %

Impressions flexibles

• Modèles de remplissage : Concentrique, croix, croix 3D
• Pourcentages de remplissage : 0-100 % (selon votre préférence pour le spongieux)

Conclusion

Comme je l'ai mentionné, les motifs de remplissage les plus solides sont rectilignes et en nid d'abeille, ce dernier n'étant pas aussi solide en termes de résistance à la traction mais plus solide à tous les autres égards.

N'oubliez pas qu'il existe de nombreux autres facteurs qui influencent la solidité et la résistance de votre impression, alors gardez-les également à l'esprit !

J'espère que ces informations vous ont été utiles !

Bonne journée !

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