A 3D nyomtatás egyik legismertebb beállítása a kitöltési arány. Sokan úgy gondolják, hogy minél magasabb ez az érték, annál erősebb lesz a nyomtatott tárgy. Ez részben igaz, de a valóság ennél jóval összetettebb.

Egy 50%-os kitöltéssel készült alkatrész valóban több anyagot tartalmaz, mint egy 15%-os, de ettől még nem biztos, hogy kétszer vagy háromszor erősebb lesz. A nyomat szilárdságát a kitöltés mellett a falak száma, a nyomtatási irány, a rétegek tapadása, a választott filament, a hőmérséklet és még a kitöltési minta is jelentősen befolyásolja.

Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk, hogyan hat a kitöltési arány a nyomat szilárdságára, mikor elegendő az 5–15%-os kitöltés, mikor érdemes 20–30%-ra emelni, és mely esetekben lehet valóban indokolt az 50%-os vagy még magasabb érték.

Kitöltési arány és szilárdság összehasonlítása 3D nyomtatásnál
A kitöltési arány növelésével a szilárdság is nő, de a növekedés nem egyenletes. Egy bizonyos pont után sokkal több anyagot és időt használunk fel viszonylag kis további erősödésért.


Mit jelent a kitöltési arány?

A kitöltési arány azt mutatja meg, hogy a modell belső térfogatának mekkora részét tölti ki a szeletelőprogram által létrehozott belső szerkezet.

Ha például 15%-os kitöltést állítasz be, az nem azt jelenti, hogy a tárgy teljes tömegének pontosan 15%-a lesz műanyag. A modell külső falai, alsó és felső rétegei ettől függetlenül teljesen tömörek maradnak. A százalék csak a belső rész kitöltésére vonatkozik.

A legtöbb szeletelőprogramban, például az OrcaSlicerben vagy a Bambu Studio programban külön beállítható:

  • a kitöltés százalékos aránya;
  • a kitöltési minta;
  • a falak száma;
  • az alsó és felső rétegek vastagsága;
  • a kitöltés és a falak közötti átfedés;
  • a kitöltés nyomtatási sebessége.

Ezek a beállítások együtt határozzák meg, hogy a kész tárgy mennyire lesz merev, mennyire bírja a terhelést, és milyen gyorsan készül el.


A több kitöltés mindig nagyobb szilárdságot jelent?

Igen, bizonyos mértékig. Ahogy növeled a kitöltést, a tárgy belső szerkezete sűrűbb lesz, ezért jobban ellenállhat a nyomásnak, hajlításnak és benyomódásnak.

A növekedés azonban nem egyenletes. Az első néhány lépés általában látványos javulást hoz. Egy 5%-os kitöltésről 15%-ra emelt modell sokkal merevebb és terhelhetőbb lehet. Ugyanez a különbség 50% és 60% között már gyakran alig érezhető.

Ezért fontos a csökkenő hozadék elve. Minél magasabb a kitöltés, annál több anyagot és nyomtatási időt kell felhasználni egyre kisebb további erősödésért.

A legtöbb általános célú nyomatnál a 10–20%-os kitöltés jó egyensúlyt ad:

  • megfelelő merevséget biztosít;
  • nem növeli meg feleslegesen a nyomtatási időt;
  • kevesebb filamentet használ;
  • kisebb terhelést jelent a nyomtatónak;
  • csökkenti a vetemedés és a belső feszültség kialakulásának esélyét.


A nyomat szilárdsága nem csak a kitöltésen múlik

Egy alkatrész erősségét gyakran jobban növeli néhány extra fal, mint a kitöltési arány jelentős emelése. Ennek oka, hogy hajlításkor és ütéskor a legnagyobb terhelés általában a tárgy külső részeit éri.

A kitöltés elsősorban megtámasztja a külső falakat és összeköti a modell belső részeit. A tényleges teherbírás nagy részét viszont sok esetben a héjszerkezet, vagyis a külső falak adják.

A legfontosabb tényezők

  • Falvastagság: több fal általában jelentősen növeli a szilárdságot.
  • Nyomtatási irány: a rétegek iránya meghatározza, hogy hol tud könnyen eltörni a tárgy.
  • Filament anyaga: a PLA, PETG, ABS, ASA, TPU vagy nejlon eltérően viselkedik.
  • Rétegtapadás: túl alacsony hőmérsékleten a rétegek gyengén kapcsolódhatnak egymáshoz.
  • Kitöltési minta: más minta előnyös nyomásra, hajlításra vagy többirányú terhelésre.
  • Felső és alsó rétegek: túl kevés tömör réteg esetén a felületek könnyen behorpadhatnak.
  • Nyomtatási sebesség: túl gyors nyomtatásnál romolhat az anyagáramlás és a rétegek kapcsolódása.


Falak vagy kitöltés: melyiket érdemes először növelni?

Ha egy alkatrésznek valóban terhelést kell viselnie, általában először a falak számát érdemes növelni, és csak ezután a kitöltést.

Egy 0,4 milliméteres fúvókával nyomtatott modellnél a következő kiindulási értékek használhatók:

  • dekorációs modellhez 2 fal;
  • általános használathoz 3 fal;
  • funkcionális alkatrészhez 4–5 fal;
  • nagyobb terheléshez 5–8 fal, a modell méretétől függően.

A pontos falvastagság a szeletelőben használt vonalszélességtől függ. Ha például 0,42 milliméteres külső-belső vonalszélességgel dolgozol, négy fal körülbelül 1,68 milliméter vastag héjat jelent.

Sok esetben egy 15%-os kitöltéssel és négy fallal készült tárgy erősebb lehet, mint ugyanaz a modell 30%-os kitöltéssel, de csak két fallal.


Ajánlott kitöltési arányok felhasználás szerint

0–5%: bemutatómodellek és nagyon könnyű tárgyak

Nagyon alacsony kitöltés akkor használható, ha a tárgy főként látványelem, és nem kap érdemi terhelést.

Ide tartozhatnak:

  • dekorációk;
  • szobrok;
  • nagyméretű bemutatódarabok;
  • próbanyomatok;
  • formai ellenőrzéshez készített prototípusok.

A 0%-os kitöltés csak olyan modelleknél működik jól, amelyek üreges kialakítással is nyomtathatók, és a felső részek nem igényelnek belső alátámasztást.

Alacsony kitöltésnél érdemes több felső réteget használni, mert a ritka belső szerkezet nehezebben támasztja alá a modell tetejét.

10–15%: általános célú nyomtatás

A legtöbb hétköznapi nyomathoz ez a tartomány elegendő. Jó egyensúlyt ad az anyagfelhasználás, a nyomtatási idő és a szilárdság között.

Jól használható például:

  • burkolatokhoz;
  • dobozokhoz;
  • rendszerezőkhöz;
  • kábelvezetőkhöz;
  • könnyű tartókhoz;
  • háztartási kiegészítőkhöz;
  • nem terhelt alkatrészekhez.

Ha a modell megfelelő falvastagsággal készül, sok funkcionális tárgyhoz a 15%-os kitöltés is teljesen elegendő.

20–30%: funkcionális alkatrészekhez

Ebben a tartományban már jó merevség és megfelelő terhelhetőség érhető el anélkül, hogy a nyomtatási idő és az anyagfelhasználás túlzottan megnőne.

Ajánlott lehet:

  • polctartókhoz;
  • géptartozékokhoz;
  • szerszámtartókhoz;
  • konzolokhoz;
  • fogantyúkhoz;
  • csavarozott alkatrészekhez;
  • kisebb mechanikai elemekhez;
  • rendszeresen használt műhelyalkatrészekhez.

Sok erősebb használati tárgynál a 20–25%-os kitöltés és a 4–5 fal jobb választás, mint a 40–50%-os kitöltés vékony falakkal.

40–60%: nagyobb igénybevételhez

Magasabb kitöltés akkor indokolt, ha az alkatrészt nagy nyomóterhelés éri, csavarok vagy perselyek környezetében jelentős erőhatás lép fel, vagy fontos a tömör, nehezen deformálható belső szerkezet.

Ilyen lehet például:

  • erősen terhelt gépalkatrész;
  • satuba fogott vagy leszorított elem;
  • nagy nyomásnak kitett támasz;
  • csapágyház;
  • menetes betét környezete;
  • ütésnek vagy ismételt terhelésnek kitett alkatrész.

Még ezekben az esetekben sem biztos, hogy az egész modellt 50%-os kitöltéssel kell nyomtatni. A szeletelőben módosítótestekkel csak a kritikus részeknél is növelhető a kitöltés.

80–100%: különleges esetekre

A teljesen tömör nyomtatás ritkán szükséges. Jelentősen növeli:

  • a nyomtatási időt;
  • az anyagfelhasználást;
  • a tárgy tömegét;
  • a belső feszültséget;
  • a vetemedés kockázatát;
  • a hibás anyagáramlás esélyét.

A 100%-os kitöltés olyan kisebb alkatrészeknél lehet indokolt, ahol a teljes keresztmetszetnek terhelést kell viselnie. Ilyen lehet egy vékony csap, kis méretű távtartó, tömör alátét vagy erősen terhelt kötőelem.

Nagyméretű tárgyat általában nem érdemes teljesen tömören nyomtatni. Ilyenkor több fal, megfelelő kitöltési minta és a terheléshez igazított modellkialakítás hatékonyabb megoldás.


Melyik kitöltési minta adja a legjobb szilárdságot?

Nemcsak a kitöltés mennyisége, hanem annak formája is számít. A különböző kitöltési minták eltérően viselkednek nyomás, hajlítás és többirányú terhelés alatt.

Gyroid

A gyroid hullámos, folyamatos belső szerkezetet hoz létre. Több irányból érkező terheléssel szemben jól viselkedik, és nyomtatás közben általában egyenletes anyagáramlást biztosít.

Jó választás:

  • általános funkcionális alkatrészekhez;
  • többirányú terheléshez;
  • rugalmas filamentekhez;
  • olyan nyomatokhoz, ahol fontos az egyenletes szilárdság.

Rács vagy grid

A rácsos kitöltés erős és jól megtámasztja a felső rétegeket. Hátránya, hogy a vonalak egy rétegen belül keresztezik egymást, ezért gyors nyomtatásnál a fúvóka többször haladhat át ugyanazon a ponton.

Általános használatra jó, de nagyon gyors dobozos nyomtatóknál érdemes figyelni, hogy ne alakuljon ki túlzott anyagfelhalmozódás a kereszteződéseknél.

Cubic

A kockaszerű, háromdimenziós kitöltés több irányból jól terhelhető. Funkcionális alkatrészekhez és általános műszaki nyomatokhoz gyakran jó választás.

Honeycomb, vagyis méhsejt

A méhsejt erős és látványos belső szerkezet, de sok irányváltást tartalmaz, ezért lassabban nyomtatható. Modern, gyors gépeknél nem mindig ez a leghatékonyabb választás.

Lines vagy rectilinear

Az egyenes vonalas kitöltés gyors és anyagtakarékos. Dekorációkhoz, prototípusokhoz és kis terhelésű tárgyakhoz megfelelő.

Mivel az irány rétegenként változhat, elfogadható általános merevséget biztosít, de nagy igénybevételhez általában a gyroid vagy a cubic jobb kiindulópont.

Lightning

A villámszerű kitöltés csak ott épít belső tartószerkezetet, ahol a felső felületek megtámasztásához szükséges. Rendkívül anyagtakarékos, de nem szilárdságnövelésre készült.

Elsősorban:

  • dekorációkhoz;
  • nagyobb szobrokhoz;
  • könnyű bemutatómodellekhez;
  • nem terhelt tárgyakhoz használható.


Kitöltési minták típusai


Hogyan befolyásolja a nyomtatási irány a szilárdságot?

A rétegek közötti kapcsolat általában gyengébb, mint az egy rétegen belüli anyag. Emiatt a nyomtatási irány legalább olyan fontos lehet, mint a kitöltés.

Képzelj el egy hosszú fogantyút. Ha állítva nyomtatod, a hajlítóerő a rétegeket egymástól próbálja elválasztani. Ha fektetve készül, a hosszú anyagszálak végigfuthatnak a terhelés irányában, így sokkal nehezebben törik el.

Terhelhető alkatrész szeletelésekor mindig gondold végig:

  • milyen irányból érkezik a terhelés;
  • hol fog hajlani a tárgy;
  • hol vannak furatok vagy vékony keresztmetszetek;
  • melyik irányban válhatnak szét a rétegek;
  • el lehet-e fordítani úgy a modellt, hogy a fő terhelés a rétegek síkjában fusson.

Egy rossz irányban nyomtatott, 50%-os kitöltésű tárgy gyengébb lehet, mint ugyanaz a modell megfelelő irányban, 20%-os kitöltéssel.


Milyen kitöltést használjunk különböző filamentekhez?

A kitöltési arány önmagában nem anyagfüggő, de a filament tulajdonságai meghatározzák, hogy a kész alkatrész hogyan viseli a terhelést. Ha nem egyértelmű, melyik anyag illik legjobban a feladathoz, érdemes megnézni, milyen filamentet válassz az elkészítendő tárgyhoz.

PLA

A PLA merev és viszonylag nagy terhelést képes elviselni, de ütésre és hajlításra könnyebben törik. Olyan alkatrészekhez jó, ahol fontos a merevség, de nincs magas hőmérséklet vagy erős ütés.

Gyakorlati kiindulási értékek:

  • dekorációhoz: 5–10%;
  • általános tárgyhoz: 10–20%;
  • funkcionális alkatrészhez: 20–30% és legalább 4 fal;
  • nagyobb terheléshez: 30–50%, megfelelő nyomtatási iránnyal.

PETG

A PETG általában kevésbé merev, de rugalmasabb és ütésállóbb, mint a PLA. Olyan tárgyaknál előnyös, amelyeknek valamennyit hajolniuk kell törés nélkül.

A falak növelése PETG esetén különösen hatékony. Sok alkatrésznél 15–25%-os kitöltés és 4–5 fal megfelelő szilárdságot ad.

Túl magas kitöltésnél a PETG-ből készült nagy tárgyban jelentős belső feszültség alakulhat ki, ezért nem feltétlenül érdemes automatikusan 50–100%-ot használni.

ABS és ASA

Az ABS és az ASA jól használható ütésnek, melegnek és kültéri körülményeknek kitett alkatrészekhez. Zárt nyomtatótérben készíthetők megbízhatóbban.

Nagy, magas kitöltésű modelleknél könnyebben kialakulhat vetemedés, mert a belső szerkezet hűlés közben összehúzódik. Gyakran jobb eredményt ad a 15–30%-os kitöltés több fallal, mint a nagyon tömör belső szerkezet.

TPU és más rugalmas filamentek

Rugalmas anyagnál a kitöltési arány nemcsak a szilárdságot, hanem a keménységérzetet is befolyásolja.

Alacsony kitöltéssel a tárgy könnyebben összenyomható, magasabb kitöltéssel pedig keményebbnek, tömörebbnek érződik.

Gyakorlati kiindulási értékek:

  • puha, könnyen hajlítható tárgyhoz: 5–10%;
  • általános rugalmas alkatrészhez: 10–20%;
  • keményebb, ütéselnyelő alkatrészhez: 20–40%;
  • nagyon tömör gumiszerű darabhoz: 50% felett.

TPU esetén a gyroid kitöltés gyakran jó választás, mert folyamatos, egyenletesen deformálódó belső szerkezetet hoz létre.

Nylon, PA és szálerősített filamentek

A nejlon és a szálerősített anyagok nagy terhelésű műszaki alkatrészekhez használhatók. Ezeknél különösen fontos a száraz filament, a megfelelő fúvóka és a jó rétegtapadás.

A magas kitöltés csak akkor növeli érdemben a szilárdságot, ha az anyag megfelelően megolvad, és a rétegek jól összekapcsolódnak. Nedves vagy túl hidegen nyomtatott nejlonnál a 100%-os kitöltés sem garantál erős alkatrészt.


Mikor érdemes helyileg növelni a kitöltést?

Sok modellnek csak néhány pontja kap nagy terhelést. Ilyenek lehetnek:

  • csavarfuratok környéke;
  • menetes betétek helye;
  • csapágyfészkek;
  • kampók töve;
  • konzolok csatlakozási pontjai;
  • vékony nyakrészek;
  • ütésnek kitett sarkok.

Ilyenkor nem szükséges az egész tárgyat magas kitöltéssel nyomtatni. Az OrcaSlicerben módosítótest segítségével csak a kritikus területen állíthatsz be nagyobb kitöltést vagy több falat.

Például egy nagy konzol teljes testét nyomtathatod 15%-os kitöltéssel, miközben a csavarfuratok környezetében 50–100%-os helyi kitöltést használsz.

Ezzel:

  • csökkenthető az anyagfelhasználás;
  • rövidíthető a nyomtatási idő;
  • megmarad a szükséges szilárdság;
  • kisebb lesz a vetemedés kockázata.


A felső rétegek és a kitöltés kapcsolata

A kitöltés nemcsak a szilárdság miatt fontos. A felső tömör rétegek erre a belső szerkezetre épülnek rá.

Ha túl alacsony a kitöltés, a felső vonalak nagy távolságokat kénytelenek áthidalni. Ennek következménye lehet:

  • behajló felső felület;
  • lyukak és hézagok;
  • párnásodás;
  • egyenetlen, hullámos fedőréteg.

Alacsony kitöltés mellett növeld a felső rétegek számát. 0,20 milliméteres rétegmagasságnál általános célra legalább 0,8–1,2 milliméteres felső vastagság használható, vagyis körülbelül 4–6 felső réteg.

Nagy, sík felső felületnél ennél több réteg is indokolt lehet.

Miért okozhat problémát a túl magas kitöltés?

A magas kitöltési arány elsőre biztonságos megoldásnak tűnik, de több hátránya is lehet.

Hosszabb nyomtatási idő

Minél sűrűbb a belső szerkezet, annál több vonalat kell a nyomtatónak elkészítenie. Egy nagy modellnél a 15%-ról 50%-ra emelt kitöltés több órával is megnövelheti a gyártási időt.

Nagyobb anyagfelhasználás

A filamentköltség gyorsan növekszik, miközben a szilárdságjavulás egyre kisebb lesz.

Belső feszültség és vetemedés

A nagy mennyiségű forró műanyag hűlés közben összehúzódik. Zsugorodásra hajlamos anyagoknál, például ABS-nél vagy ASA-nál a sűrű kitöltés fokozhatja a sarkok felválását és a rétegek repedését.

Anyagfelhalmozódás

Nagy sebességnél és sűrű kitöltésnél a fúvóka rövid idő alatt sok anyagot próbál kijuttatni. Ha a hotend nem képes ezt megfelelően megolvasztani, alulextrudálás, gyenge belső szerkezet vagy adagolási hiba jelentkezhet.

A nyomat nehezebb lesz

Ez nem minden esetben hátrány, de hordozható tárgyaknál, robotikai alkatrészeknél vagy mozgó gépelemeknél a felesleges tömeg ronthatja a használhatóságot.


Hogyan állítsd be OrcaSlicerben?

Az OrcaSlicerben a kitöltéshez kapcsolódó fő beállításokat a folyamatprofilban találod.

  1. Nyisd meg az Előkészítés nézetet.
  2. Válaszd ki a használni kívánt nyomtatási profilt.
  3. Nyisd meg a Szilárdság vagy Strength részt.
  4. Állítsd be a ritka kitöltés sűrűségét.
  5. Válaszd ki a kívánt kitöltési mintát.
  6. Ellenőrizd a falhurkok számát.
  7. Állítsd be az alsó és felső héjrétegeket.
  8. Szeletelés után nézd meg az előnézetet.

Az előnézetben ellenőrizheted:

  • hogyan épül fel a belső szerkezet;
  • megfelelően támasztja-e alá a felső felületeket;
  • hol vannak tömör részek;
  • mennyi anyagot használ a modell;
  • hogyan változik a nyomtatási idő.


Gyakorlati kiindulási beállítások

Dekoráció vagy bemutatómodell

  • kitöltés: 5–10%;
  • minta: lightning, lines vagy gyroid;
  • falak: 2–3;
  • felső rétegek: legalább 4–5.

Általános használati tárgy

  • kitöltés: 10–20%;
  • minta: gyroid vagy cubic;
  • falak: 3–4;
  • felső és alsó vastagság: legalább 0,8–1,0 milliméter.

Funkcionális alkatrész

  • kitöltés: 20–30%;
  • minta: gyroid, cubic vagy rectilinear;
  • falak: 4–5;
  • nyomtatási irány: a fő terheléshez igazítva;
  • hőmérséklet: megfelelő rétegtapadásra beállítva.

Nagyobb terhelésű alkatrész

  • kitöltés: 30–50%;
  • falak: 5–8;
  • helyi megerősítés a kritikus részeknél;
  • megfelelő filamentanyag;
  • lassabb külső és belső falnyomtatás;
  • gondosan megválasztott nyomtatási irány.


Gyakori hibák a kitöltés megválasztásakor

Automatikusan 100%-ot választani

A teljes kitöltés nem garantálja a legerősebb alkatrészt. Ha a rétegek rosszul tapadnak, a modell ugyanúgy eltörhet.

Túl kevés falat használni

Magas kitöltés vékony külső héjjal gyakran kevésbé hatékony, mint közepes kitöltés vastagabb falakkal.

Figyelmen kívül hagyni a nyomtatási irányt

Egy rosszul tájolt alkatrész a réteghatárok mentén könnyen elrepedhet, függetlenül attól, hogy mennyi kitöltés található benne.

Ugyanazt a beállítást használni minden modellhez

Egy dekoráció, egy fali tartó és egy gépalkatrész teljesen eltérő követelményeket támaszt. Nincs olyan kitöltési arány, amely minden nyomathoz ideális.

Csak a százalékot figyelni

A kitöltési minta, a falvastagság, a filament és a rétegtapadás legalább olyan fontos, mint maga a százalékos érték.


Hogyan teszteld egy alkatrész megfelelő szilárdságát?

Funkcionális tárgyaknál érdemes kisebb próbadarabokat készíteni, mielőtt a teljes modellt kinyomtatod.

Például készíthetsz ugyanabból a modellrészből három változatot:

  • 15% kitöltés és 3 fal;
  • 20% kitöltés és 4 fal;
  • 30% kitöltés és 5 fal.

Ezután kézzel vagy a várható használati körülmények között összehasonlíthatod:

  • a merevséget;
  • a hajlíthatóságot;
  • a törési pontot;
  • a csavarok körüli viselkedést;
  • a nyomtatási időt;
  • az anyagfelhasználást.

Ezzel sokkal pontosabban meghatározható a megfelelő beállítás, mint azzal, ha találomra nagyon magas kitöltést választasz.


Mikor nem elegendő a 3D nyomtatott alkatrész?

Fontos megérteni, hogy a magas kitöltési arány sem tesz minden 3D nyomtatott tárgyat biztonságossá.

Ne hagyatkozz kizárólag házilag nyomtatott alkatrészre olyan esetben, amikor annak törése:

  • személyi sérülést okozhat;
  • nagy tömeg leeséséhez vezethet;
  • jármű biztonsági rendszerét érinti;
  • nyomás alatt működő rendszert tart össze;
  • magas hőmérsékleten vagy nyílt láng közelében üzemel;
  • életvédelmi vagy más biztonságkritikus feladatot lát el.

Ilyen alkalmazásoknál mérnöki méretezésre, megfelelő alapanyagra, ellenőrzött gyártási folyamatra és terheléses vizsgálatra lehet szükség.


Végszó

A magasabb kitöltési arány általában növeli a nyomat szilárdságát, de a javulás nem arányos az elhasznált filament és a nyomtatási idő növekedésével.

A legtöbb hétköznapi és funkcionális tárgyhoz a 10–25%-os kitöltés elegendő, különösen akkor, ha megfelelő számú falat, jó kitöltési mintát és helyes nyomtatási irányt használsz.

Nagyobb terhelésnél először a falvastagságot, a modell tájolását és a filament tulajdonságait vizsgáld meg. Csak ezután emeld jelentősen a kitöltést.

A cél nem az, hogy a modell belsejét a lehető legtöbb műanyaggal töltsük ki, hanem hogy a szükséges szilárdságot a lehető legkevesebb idő- és anyagpazarlással érjük el.