Impression 3D avec Gyroid Infills :tout ce que vous devez savoir !

La plupart des fabricants de la communauté de l'impression 3D sont conscients de l'importance de choisir un motif et un pourcentage de remplissage corrects lorsqu'il s'agit de créer des pièces de travail à la fois pour des prototypes et à des fins de production.

Ces dernières années, de nombreux nouveaux modèles sont apparus afin de résoudre des problèmes techniques spécifiques. Certains modèles ont trouvé leur place dans la boîte à outils du fabricant, tandis que d'autres ont été jetés et sont restés dans les mémoires comme une expérience intéressante.

Vous connaissez peut-être l'existence du Gyroid Infill , ce qui est intéressant en raison de plusieurs facteurs. Découvrons ce qu'est le modèle gyroïde et comment il est utile.

Le remplissage gyroïde est un motif dont la caractéristique la plus importante est sa symétrie cubique, qui contrairement à tous les autres motifs est une structure presque isotrope, ce qui signifie qu'il est également résistant aux forces venant de toutes les directions. Son principal avantage est sa résistance pure et sa solidité globale, même à des pourcentages de remplissage inférieurs.

Qu'est-ce qu'un remplissage gyroïde ?

La plupart des objets imprimés en 3D ont besoin d'une structure interne qui relie les périmètres et les couches supérieure/inférieure. C'est pourquoi nous avons défini un modèle de remplissage et un pourcentage lors du découpage. N'importe quel type de structure peut gérer cela, mais chacun a ses propres avantages et inconvénients. Par exemple, le Remplissage des lignes est plus rapide mais relativement plus faible que les autres modèles à moins que les forces qui lui sont appliquées suivent les lignes de remplissage.

Au fur et à mesure que la communauté des fabricants essayait des conceptions spéciales, de nouvelles façons de remplir les pièces imprimées en 3D ont été incorporées. En 2017, des études menées sur des structures en graphène de type gyroïde ont révélé que cette forme conférait aux pièces une résistance exceptionnelle. Lorsqu'il est appliqué à l'impression 3D, cela se traduit par une structure qui combine à la fois rigidité et vitesse d'impression.

Le remplissage gyroïde est réalisé avec des mouvements curvilignes continus de l'extrudeuse. Cela se traduit par un mouvement fluide et un dépôt de filament très constant.

Sa résistance est souvent comparée à celle du nid d'abeille, un autre motif de remplissage inspiré de la nature. La principale différence entre eux est la façon dont ils sont construits. Le nid d'abeille, comme la plupart des remplissages, répète sa forme dans chaque couche. Cela vous oblige à définir un pourcentage de remplissage plus élevé si vous devez augmenter la résistance à la compression sur l'axe Z. Lorsque vous utilisez un gyroïde, vous distribuez également la résistance de l'objet pour chaque axe, de sorte que le pourcentage de remplissage est plus efficace. En termes techniques, le Gyroid Infill est proche d'être isotrope, ce qui est l'un de ses plus grands avantages.

Un autre motif qui varie sur chaque couche est le remplissage cubique. Il forme de petits cubes lorsque l'extrudeuse monte pendant l'impression. Cela rend l'objet très résistant aux forces de compression venant de toutes les directions. Quoi qu'il en soit, le Gyroid Infill est également préférable dans les cas où votre impression nécessite une résistance au cisaillement.

Qu'est-ce qu'un gyroïde

Un gyroïde est techniquement une surface minimale triplement périodique (TPMS). Ces surfaces ne s'intersectent pas, et à cause de cela, elles forment un « labyrinthe ». Ils peuvent être subdivisés jusqu'à une cellule unitaire en trois dimensions, de sorte qu'ils peuvent être reproduits dans une imprimante 3D.

En plus de son utilisation dans les structures de graphène, ce modèle a des applications dans les supercondensateurs, les cellules solaires et les membranes nanoporeuses. Des motifs similaires se retrouvent sur les ailes des papillons, ce qui explique leur légèreté et leur haute résistance.

La propriété la plus importante du gyroïde par rapport à l'impression 3D est sa symétrie cubique. Cela signifie que, bien que ce ne soit pas totalement vrai au sens mathématique, nous pouvons le considérer comme une structure isotrope. Un objet isotrope a la même résistance dans toutes les directions. Parmi les différents modèles de remplissage, le gyroïde est le plus approprié pour les pièces qui nécessitent une force pure. Son rapport poids/résistance est bien inférieur à la plupart des modèles connus, de sorte qu'une pièce avec ce remplissage peut supporter des charges plus importantes en utilisant moins de matériau.

Propriétés du remplissage gyroïde

Depuis que le Gyroid Infill a commencé à être utilisé, de nombreux utilisateurs ont mis cette structure à l'épreuve, pour montrer si elle avait vraiment des propriétés supérieures au motif en nid d'abeille, une structure basée sur des hexagones.

J'ai trouvé un test ¹ qui a testé la résistance de différents remplissages en appliquant une force de cisaillement à des barres imprimées en 3d. Pour cela, trois barres identiques ont été imprimées, avec des motifs de remplissage différents :lignes, nid d'abeille et gyroïde. Le poids maximum supporté par chaque barre a ensuite été enregistré.

Les conclusions de cette expérience étaient les suivantes :

• Le gyroïde était la structure la plus solide dans l'ensemble avec le même pourcentage de remplissage.
• Le poids de la barre gyroïde imprimée était presque 10 % plus léger que la barre en nid d'abeille.
• Le temps d'impression de la barre gyroïde était le plus court des trois.

Le modèle gyroïde s'est avéré plus solide et plus rapide, et il utilise moins de matériau que les autres. Si l'on ne tient pas compte des périmètres, le poids du gyroïde est presque 30% plus léger que celui du nid d'abeille. Cela permet donc d'économiser de l'argent et du temps sans inconvénients majeurs.

Avantages du remplissage gyroïde

Proche d'être isotrope :

Un matériau isotrope conserve ses propriétés dans n'importe quelle direction. Bien que techniquement ce n'est pas vrai dans la définition mathématique la plus pure, la symétrie du Gyroid Infill dans les trois axes aide à égaliser sa résistance dans n'importe quelle direction.

Certains motifs, tels que les lignes, n'ont une bonne résistance que si les forces proviennent de la même direction que le remplissage. D'autres sont bons lorsqu'ils sont comprimés, mais faibles aux contraintes de cisaillement. Le gyroïde a une très bonne résistance à toute combinaison et direction de forces.

Globalement très fort

Le remplissage gyroïde est si solide qu'il peut même être imprimé sans utiliser de périmètres. Certains objets sont conçus en plaçant des périmètres uniquement dans des parties absolument nécessaires. Les autres motifs de remplissage doivent "s'appuyer" sur les périmètres, sinon leur structure s'effondrerait.

Temps d'impression plus courts

Avec le même pourcentage de remplissage, le gyroïde imprime 2 à 5 % plus vite que le motif rectiligne. Quand on parle de production de masse, ces valeurs sont importantes.

Moins de consommation de matériaux

Autre facteur économique :avec moins de filament on peut fabriquer une pièce plus résistante. Comme il peut être imprimé sans murs tout en étant fonctionnel, vous pourriez encore réduire son poids.

Remplissage esthétique

Bien qu'il s'agisse d'une question de goût personnel, le remplissage gyroïde pourrait être considéré comme le plus attrayant de tous les modèles actuellement disponibles. De nombreux designers ont modélisé des vases, des verres ou des pots sans périmètre, exposant le remplissage. Les résultats sont étonnants comme nous le verrons plus tard.

Ne se chevauche pas sur le même calque

La structure n'a pas de points faibles puisque ses lignes sont continues avec toute la couche. Cela réduit également les problèmes d'extrusion ou le colmatage des buses.

Il est indépendant de l'orientation

Parfois, vous devez imprimer l'objet avec une orientation spécifique. Cette orientation peut ne pas être la même que celle requise pour obtenir la meilleure résistance. Avec un remplissage gyroïde, vous pouvez résoudre ce problème, car il a la même résistance dans toutes les directions. Cette propriété peut aider à réduire la consommation de filament, car vous avez besoin de moins de supports avec une bonne orientation de l'objet.

Vous permet d'envisager d'utiliser des matériaux plus faibles

Lorsque nous avons besoin d'un objet imprimé en 3D solide, nous pensons souvent à l'ABS ou au Nylon comme choix évident, car ils sont solides et résistants. Mais nous pourrions améliorer la résistance du PLA en utilisant un remplissage gyroïde, rendant l'objet moins cher et plus facile à imprimer.

Il n'a pas besoin de supports

Chaque TPMS est de nature autoportante, ce qui les rend parfaits pour la fabrication FDM.

Il permet aux fluides de passer par lui-même

Vous pouvez utiliser ce modèle pour les applications qui nécessitent un débit d'air ou d'eau, comme les emballages électroniques ou les dissipateurs de chaleur.

Inconvénients du remplissage gyroïde

Temps de découpage plus élevés

Bien que ce facteur soit souvent sous-estimé, le temps de découpage peut être excessif si nous devons compter sur un ordinateur peu performant. Les codes G générés sont généralement plus grands lors de l'utilisation du gyroïde. Cela peut entraîner l'échec des impressions lorsque l'imprimante est connectée à l'ordinateur via USB.

Les vibrations de l'imprimante peuvent être assez élevées avec des pourcentages de remplissage plus élevés

Étant donné que le gyroïde est formé de courbes, l'extrudeuse doit se déplacer beaucoup dans toutes les directions. Cela produit des vibrations indésirables qui sont transmises à l'objet, surtout à grande vitesse. La solution consiste à réduire le pourcentage de remplissage pour obtenir des mouvements d'extrudeuse plus larges et ralentir la vitesse de remplissage. N'oubliez pas que ce modèle n'a pas besoin de beaucoup de remplissage pour bien fonctionner.

Paramètres du trancheur de remplissage du gyroïde

Le principal avantage du motif gyroïde est qu'il n'a pas besoin de beaucoup de pourcentage de remplissage pour être résistant :une petite pièce avec 2 périmètres et 10 % de remplissage supporte près de 10 kg. Si vous augmentez le pourcentage, la résistance augmentera de manière non linéaire. Vous pouvez commencer avec un remplissage de 5 % et l'augmenter dans les cas où une plus grande résistance est nécessaire.

La vitesse d'impression peut être légèrement supérieure. Quoi qu'il en soit, je vous recommande de continuer à utiliser la même vitesse que vous avez utilisée. Soyez assuré qu'en réduisant le pourcentage de remplissage et en maintenant la vitesse de déplacement, le temps d'impression sera encore considérablement réduit.

Si vous ne trouvez pas Gyroid dans les paramètres de votre slicer, téléchargez la dernière version de Cura. Cela s'applique également à PrusaSlicer, Simplify3D et à d'autres trancheurs populaires.

Utilisations créatives avec les remplissages Gyroid

En raison de la forme intéressante d'un gyroïde, ce motif a attiré l'attention des artistes et des fabricants. Voyons comment les propriétés du gyroïde peuvent être utilisées pour créer des pièces complexes et intéressantes :

Gyroïde imprimable en 3D par Dan O'Connell

Cette conception est simplement un cube sans murs extérieurs. Avec cette pièce, nous pouvons tester la résistance de l'objet en plaçant des objets lourds sur l'une de ses faces. Il vous permet également de voir comment son "labyrinthe" permet à l'eau (ou à tout fluide) d'entrer et de sortir complètement, sans stagner dans un recoin interne. C'est une pièce idéale pour montrer la structure gyroïde à ceux qui n'en ont jamais vu.

Lampe gyroïde imprimable en 3D par Greg

Une lampe sphérique avec un motif gyroïde. Comme le gyroïde est une surface (techniquement ce n'est pas un corps) il laisse passer la lumière de la lampe. De plus, sa résistance structurelle protège la lampe des coups directs. Il a fière allure lorsqu'il est imprimé avec des matériaux translucides, comme le PETG.

Marque-page gyroïde imprimable en 3D par PlasticPasta 3D

Cette conception (un signet) combine la haute résistance du gyroïde avec sa beauté structurelle. Il montre que ce motif de remplissage peut être utilisé pour améliorer l'esthétique d'objets familiers. Par contre, les livres et les choses ringardes s'entendent très bien…

Support d'étagère gyroïde imprimable en 3D par Alexander

Ce support d'étagère a été conçu pour supporter des poids supérieurs à 20 kg, en utilisant seulement 67 g de matériau ! C'est plus de 20 livres. Cela démontre que l'impression 3d a encore des choses à dire.

De plus, son aspect « éponge d'os » est superbe lorsqu'il est imprimé en blanc…

Une fois que vous aurez essayé le gyroïde, vous ne pourrez plus revenir en arrière. Haute résistance, faible poids et temps d'impression plus courts, tout ce qu'un maker veut !

Conclusion

Après avoir parcouru les détails techniques et les applications artistiques du Gyroid Infill, j'espère pouvoir transmettre au moins un peu de l'étonnement que j'ai pour ce motif. Bien que j'utilise déjà ce motif comme remplissage par défaut, je suis toujours époustouflé par son apparence et ses propriétés. Vous devriez certainement envisager de commencer à l'utiliser ou au moins de l'essayer !

Consultez notre section de produits recommandés

Nous avons créé une section de produits recommandés qui vous permettra d'éliminer les conjectures et de réduire le temps passé à rechercher quelle imprimante, filament ou mises à niveau obtenir, car nous savons que cela peut être une tâche très ardue et qui entraîne généralement beaucoup de confusion. .

Nous avons sélectionné une poignée d'imprimantes 3D que nous considérons comme bonnes pour les débutants comme pour les intermédiaires, et même les experts, facilitant la décision, et les filaments, ainsi que les mises à niveau répertoriées, ont tous été testés par nos soins et soigneusement sélectionnés. , vous savez donc que celui que vous choisirez fonctionnera comme prévu.