3D打印能夠輕松制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，盡管最終制造出的結(jié)構(gòu)可能看起來相同，但它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同。3D打印的一大優(yōu)勢(shì)是能夠改變零件的空心度。在制造方面，空心部件比實(shí)心部件需要更少的時(shí)間和材料，從而降低了整體重量和成本！那么，內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)呢？

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3D打印的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也稱為“填充結(jié)構(gòu)”，它可以根據(jù)所需密度進(jìn)行調(diào)整，0%代表零件是空心的，100%代表零件是實(shí)心的。此外，可以根據(jù)各種各樣的模式調(diào)整部分的填充方式。下面，魔猴網(wǎng)將介紹各種不同的填充模式，這些模式都可以在常用切片軟件Cura中進(jìn)行使用。

Ultimaker Cura

Ultimaker Cura是全球使用十分廣泛的3D切片軟件，每周切割超過400萬(wàn)個(gè)文件，總量超過5億個(gè)切片文件，幫助無數(shù)的公司和個(gè)人認(rèn)識(shí)到了3D打印的魔力。Ultimaker Cura不斷的進(jìn)步，不斷地更新版本，添加新特性和改進(jìn)舊功能，一直走在3D打印技術(shù)前沿。

常用的填充圖案有哪些？

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△填充圖案會(huì)極大地影響打印品的強(qiáng)度和靈活性

在最新版本的 Cura (5.3) 中，有 14 種類型的填充可供使用。魔猴網(wǎng)根據(jù)用途對(duì)其進(jìn)行了分組：

●模型和小雕像：閃電形、線條、之字形

●標(biāo)準(zhǔn)的 3D 打?。壕W(wǎng)格、三角形、三六邊形

●功能性 3D 打印：立方體、精密立方體、八位體、四分之一立方體、螺旋形

●靈活的 3D 打?。和?、十字和三維十字

模型和小雕像

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△模型船和小雕像是低強(qiáng)度填充物的理想選擇

填充密度： 0-15%

當(dāng)打印體積較小的模型或小雕像時(shí)，3D打印過程通常不設(shè)計(jì)較大的作用力，不會(huì)承受較大的壓力。那么，對(duì)于此類應(yīng)用，閃電、線條或之字形填充圖案是最好的，可以提供最快的打印速度。

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△線條（左）、“連接填充線”的線條（中）和之字形（右）

類似于其他切片器中的“直線”，線條和之字形圖案會(huì)產(chǎn)生一個(gè)二維網(wǎng)格。兩者之間的區(qū)別在于線條圖案每層生成多條線，而“之字形”只是一條恒定線。如上圖所示，選擇“連接填充線”后，線和之字形之間的差異幾乎無法區(qū)分。閃電填充基本上是類似于閃電形的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。填充物支撐模型的內(nèi)部區(qū)域，并在模型頂部變得更密集，因?yàn)樗梢詼p少90%的材料，這種填充類型非常適合更快的打印。

標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印

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典型填充密度： 15-50%

對(duì)于承受低應(yīng)力的 3D 打印，應(yīng)使用中等強(qiáng)度的填充圖案。網(wǎng)格、三角形或三六邊形等填充圖案是十分合適的，但是請(qǐng)注意，與線條相比，這些圖案可能會(huì)增加25%的打印時(shí)間。

●網(wǎng)格：一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的二維圖案，網(wǎng)格的主要優(yōu)勢(shì)是打印速度快，因?yàn)樗侨咧凶畈粡?fù)雜的。

●三角形： 由三角形組成的二維網(wǎng)格，這種圖案能夠承受較大的垂直載荷，十分適具有薄的矩形組件的零件。

●三六邊形：此2D圖案生成散布有三角形的六邊形。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是六邊形是一種有效的形狀，相對(duì)于其材料使用而言，它們是一種強(qiáng)大的填充圖案。除此之外，三六邊形填充物的每側(cè)連接線都較短，從而減少了因打印冷卻不良而導(dǎo)致的彎曲問題。

△填充密度為 20% 的三角形（左）和三六邊形（右）

功能性 3D 打印

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△一些需要承受壓力的3D打印件

典型填充密度： >50%

一些功能性3D打印件，例如上圖種的支架，需要在多個(gè)方向上具有高強(qiáng)度。填充模式包括立方體、精密立方體、四分之一立方體、八位位組和螺旋形。

●立方體： 這是堆疊和傾斜立方體的 3D 圖案。

●精密立方： 立方的這種變體使用較少的材料。

●八角形： 也稱為四面體填充，這種圖案堆疊金字塔形狀。

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△填充密度為 50% 的立方體（左）和八位體（右）填充圖案

●四分之一立方體： 此 3D 圖案類似于八位組，但金字塔形狀的一半相對(duì)于另一半移動(dòng)。

●螺旋形：一種特別獨(dú)特的 3D 圖案，給人以波浪的印象。這導(dǎo)致印刷品在多個(gè)方向上同樣堅(jiān)固。因此，對(duì)于將以多種方式受力的零件，這種填充圖案是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

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△填充密度為 50% 的四分之一立方體（左）和螺旋體（右）

上述結(jié)構(gòu)的造型很有藝術(shù)性，也用于較低的填充密度。一些制造商喜歡這種效果，如下圖這個(gè)螺旋花瓶。

柔軟的3D打印結(jié)構(gòu)

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△有些填充物比其他填充物更靈活

典型填充密度： 0-100%

柔性絲材應(yīng)使用柔性填充圖案以保持打印品的柔性。同心、十字和三維十字等填充圖案最適合這些類型的打印品。

●同心：這種二維圖案在打印品內(nèi)部產(chǎn)生“波浪”的形狀，能夠模擬外壁的形狀。這就像一塊石頭扔進(jìn)水里，在水面上激起同心圓波紋。

●十字：另一種二維圖案，十字，產(chǎn)生看起來非?；ㄉ诘氖值木W(wǎng)格。十字架之間的空間允許彎曲和扭曲。

●三維十字：此 3D 圖案類似于十字，但隨著印刷品的增長(zhǎng)，線條會(huì)傾斜移動(dòng)。最終結(jié)果是一個(gè)剛度稍高的物體。

△填充密度為 25% 的同心（左）和十字（右）

提示與技巧

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△填充方向通常設(shè)置為 45 度

選擇填充圖案很重要，除了填充結(jié)構(gòu)外，Cura還需調(diào)整以下打印設(shè)置：

填充線方向

一個(gè)經(jīng)常被忽視的填充設(shè)置是填充線方向。默認(rèn)設(shè)置為 45°，以便 X 和 Y 電機(jī)一起工作以最大速度打印填充。然而，以不同的角度定向填充可能是有利的，以便為零件提供最大的強(qiáng)度或柔韌性。

漸變填充

填充在整個(gè)零件內(nèi)部未必是均勻的，有時(shí)用戶可以選擇漸變填充，可以使得在零件周邊具有更大的填充密度。一般來說，應(yīng)該在使用較少材料的同時(shí)保持零件的有效強(qiáng)度和剛度。此設(shè)置不是 Cura 自帶的，但可以使用 Python 腳本進(jìn)行簡(jiǎn)單編譯。

多重填充密度

自第四版 Cura 發(fā)布以來，就可以設(shè)置“每個(gè)模型”的填充密度?？梢栽谕淮蛴∑分惺褂枚喾N的填充密度和類型。憑借為每個(gè)導(dǎo)入模型設(shè)置自定義設(shè)置的能力可以在特定領(lǐng)域提供專業(yè)支持。

壁的設(shè)置

壁是指頂層和底層，它會(huì)影響所需的材料量和打印時(shí)間，還會(huì)影響模型的強(qiáng)度和重量。與填充相關(guān)，可以更改的設(shè)置是“Skin Overlap Percentage”，此選項(xiàng)控制墻壁與內(nèi)部填充的重疊程度，該百分比越高，填充物就越貼附在打印件的外部上，從而提高模型的強(qiáng)度。

快速打印

有幾種方法可以通過調(diào)整填充設(shè)置來實(shí)現(xiàn)更快的打印時(shí)間。例如，填充線通常以45度角打印，這允許X和Y向電機(jī)達(dá)到最大速度。填充層厚度也可以影響速度，用戶可以將此設(shè)置調(diào)整為更厚的層高度以減少時(shí)間。還可以嘗試使用圖案來減少打印時(shí)間。通常，閃電圖案的打印速度最快。如果打印不需要機(jī)械穩(wěn)定性，可以使用此圖案來提高25%的速度。同心、網(wǎng)格和三角形也是相對(duì)簡(jiǎn)單的圖案，也可以快速打印。