Falvastagság vagy infill? Mitől lesz erős a 3D nyomat?

Ha egy 3D nyomtatott alkatrész eltörik, az egyik leggyakoribb reakció: emeljük az infillt. 20%-ról 50%-ra. Ha még mindig törik: 100%. Több műanyag = erősebb tárgy. Logikusnak hangzik. Csakhogy a terhelés nem minden alkatrészben ott dolgozik, ahol az infill van.

És itt kezdődik a különbség a:

„több anyag”

és a:

„jobban elhelyezett anyag”

között.

Egy funkcionális alkatrészt nem attól teszel erőssé, hogy teleöntöd műanyaggal.

Hanem attól, hogy:

az anyag ott van, ahol a terhelés dolgozik.

Mi a fal és mi az infill?

A falak – wall loops, perimeters – a modell külső kontúrját követő folyamatos extrudált vonalak.

Az infill a belső kitöltési szerkezet.

A kettő együtt adja a nyomat keresztmetszetét.

De mechanikailag:

nem mindig egyformán fontosak.

Hajlításnál például a külső zónák kapják a legnagyobb húzó- és nyomóterhelést.

A keresztmetszet közepe ehhez képest sokkal kisebb szerepet kaphat.

Ezért előfordulhat, hogy ugyanannyi plusz műanyag:

• a külső falakba téve sokat segít;
• középre infillként téve pedig alig változtat valamin.

Miért ér sokszor többet 4–6 fal?

Tegyük fel, hogy 0,4 mm-es nozzle-lal és nagyjából 0,42–0,45 mm falvonal-szélességgel nyomtatsz.

Két fal:

nagyjából 0,8–0,9 mm tömör külső héj.

Öt fal:

már körülbelül 2 mm körüli tömör zóna.

Ez nem apró különbség.

Ez teljesen más keresztmetszet.

A falak ráadásul közvetlenül követik:

• a külső éleket;
• a furatokat;
• a peremeket;
• a sarkokat;
• a kontúrt.

Vagyis pont ott vannak, ahol sok alkatrésznél a terhelés belép a szerkezetbe.

Hajlításnál a külső anyag dolgozik a legtöbbet

Képzelj el egy konzolt.

Az egyik végén rögzítve.

A másik végén terhelve.

A felső oldala húzásban dolgozik.

Az alsó nyomásban.

A keresztmetszet közepe ehhez képest kevésbé terhelt.

Ezért ha több műanyagot akarsz hozzáadni:

sokszor jobban jársz, ha kijjebb teszed.

Vagyis:

több fal.

Nem feltétlenül több infill.

Az infill akkor minek kell?

Az infill természetesen nem felesleges.

Több feladata is van:

• megtámasztja a felső rétegeket;
• összeköti a külső falakat;
• stabilizálja a szerkezetet;
• eloszthat bizonyos terheléseket;
• növelheti a merevséget;
• befolyásolja a tömeget.

Vagyis szükség van rá.

Csak nem minden mechanikai problémára ez az első csúszka.

A 20% → 80% infill nem univerzális javítás.

20%, 50% vagy 100% infill?

Általános használati tárgynál sok esetben már 15–30% körüli kitöltés is teljesen megfelelő lehet.

Feltéve, hogy:

• elegendő fal van;
• jó a geometria;
• megfelelő az orientáció;
• az anyagprofil rendben van.

Funkcionális alkatrésznél a szükséges infill függ:

• a terhelés irányától;
• a falak számától;
• az infill mintától;
• a geometriától;
• a filamenttől;
• a rétegiránytól.

Ezért a „funkcionális alkatrészhez 50% infill kell” típusú szabályokat nem venném túl komolyan.

Milyen alkatrészhez?

A 100% infillnek is van helye

Van, amikor tényleg értelmes.

Például:

• kis, erősen terhelt alkatrésznél;
• préselt betét körül;
• csavar mögött;
• nagyon vékony keresztmetszetnél;
• olyan zónában, ahol ténylegesen tömör anyag kell.

De:

a 100% infill nem „strength mode”.

Ha egy alkatrész rossz helyen vékony, rosszul orientált vagy éles feszültséggyűjtőt tartalmaz:

100%-on is el fog törni.

Csak nehezebben.

És drágábban.

A 100% infill továbbra sem fröccsöntött műanyag

Ez fontos különbség.

A slicerben a 100% azt jelenti:

a belső területet is extrudált vonalakkal tölti ki.

Nem azt, hogy homogén tömör műanyag keletkezik.

Továbbra is vannak:

• réteghatárok;
• extrudált vonalak;
• illesztési pontok;
• lehetséges mikrorések;
• anyagáramlási eltérések;
• irányfüggő mechanikai tulajdonságok.

Vagyis:

100% FDM ≠ fröccsöntött tömör alapanyag.

A 100% infillnek még hátránya is lehet

Nem csak több filamentet fogyaszt.

Nőhet:

• a nyomtatási idő;
• a tömeg;
• a belső hőfelhalmozódás;
• a zsugorodási feszültség;
• a flow-érzékenység.

Nagy ABS vagy ASA alkatrésznél például a rengeteg tömör anyag:

nem feltétlenül barát.

Több zsugorodó műanyag:

több belső feszültség.

Az orientáció képes lenullázni az extra anyagot

Nyomtatsz:

• 6 falat;
• 80% infillt;
• vastag top/bottom rétegeket.

Masszív.

Aztán úgy terheled, hogy:

a rétegeket egymástól próbálod széthúzni.

És eltörik.

Nem azért, mert kevés benne a műanyag.

Hanem mert rossz irányban dolgozik.

A rétegirány hatását részletesebben a rétegirány és szilárdság útmutatóban mutattuk be.

Egy jól orientált 25%-os alkatrész lehet jobb, mint egy rosszul orientált 100%-os.

Infill minta: számít, de ne ettől várd a csodát

Gyroid.

Cubic.

Grid.

Rectilinear.

Honeycomb.

Van választék.

A különböző minták másképp viselkednek:

• anyagfelhasználásban;
• nyomtatási időben;
• irányfüggő terhelésben;
• felső rétegek alátámasztásában;
• merevségben.

De sok hétköznapi funkcionális alkatrésznél:

2 falról 5 falra váltani nagyobb különbség, mint órákig vitatkozni a gyroid és cubic között.

Az infill minta akkor válik igazán fontossá, amikor tudod, mit akarsz tőle

Például ha:

• irányított terhelés van;
• összenyomásra dolgozik a tárgy;
• nagy felső felületet kell megtámasztani;
• nagyon alacsony infill százalékkal dolgozol.

Ilyenkor a minta tényleg számít.

De nem azért, mert:

„a gyroid a legerősebb.”

Hanem mert:

a konkrét terheléshez jobban vagy rosszabbul illik.

Mikor növelném először a falak számát?

Ha az alkatrész:

• hajlítást kap;
• külső felületén terhelt;
• furat vagy csavar körül törik;
• túl hajlékony;
• vékony héjú;
• doboz vagy tartószerkezet.

Ilyenkor 2 falról 4–6 falra váltani:

sokszor logikusabb első teszt.

Mint 20%-ról 80%-ra emelni az infillt.

Miért fontosak a furatok körüli falak?

A csavarfurat különösen jó példa.

A terhelés:

nem a modell közepén lévő gyroid cellát érinti elsőként.

Hanem a furat peremét.

Ott jelenik meg:

• nyomás;
• húzás;
• helyi feszültség;
• esetleg repedés.

Ha a furat körül csak két vékony fal van:

50% extra infill a modell közepén nem feltétlenül segít sokat.

Az anyag nem teleportálja át az erejét oda, ahol szükség lenne rá.

Mikor növelném az infillt?

Akkor, ha például:

• a felső rétegek rosszul vannak alátámasztva;
• a belső szerkezet könnyen összenyomódik;
• pontszerű nyomóterhelés éri a modellt;
• csavar vagy betét mögött több anyag kell;
• a tömeg funkcionális szerepet kap;
• az egész keresztmetszetnek nyomásban kell dolgoznia.

Itt az infill már tényleg ott dolgozik, ahol szükség van rá.

Lokális megerősítés: nem kell az egész tárgyat 100%-ra tölteni

Ez az egyik leghasznosabb slicerfunkció funkcionális alkatrésznél.

Modifier.

Például:

egy nagy konzol:

• 20% infill;
• 5 fal.

A csavarfuratok körül:

80–100% lokális kitöltés.

Így oda teszed az anyagot, ahol kell.

Nem pedig az egész 300 grammos modellbe.

Ez általában:

• gyorsabb;
• könnyebb;
• olcsóbb;
• mechanikailag értelmesebb.

A modifier nem csak infillre jó

Lokálisan növelhető például:

• a falak száma;
• az infill;
• a top/bottom rétegek száma;
• bizonyos esetekben a sebesség.

Vagyis egy kritikus furat körül:

nem kell az egész alkatrészt ugyanúgy kezelni.

A geometria sokszor többet ér, mint plusz 200 gramm filament

Ez az a rész, amit a slicer nem mindig tud megoldani helyetted.

Egy jó borda.

Egy nagyobb rádiusz.

Egy vastagabb keresztmetszet.

Egy jobban elhelyezett fal.

Sokszor többet ér, mint:

20% → 100% infill.

Különösen figyelj:

• éles belső sarkokra;
• vékony fülekre;
• furatok körüli kevés anyagra;
• hirtelen keresztmetszet-váltásra;
• hosszú, alátámasztatlan karokra.

Az éles belső sarok klasszikus feszültséggyűjtő

Egy 90°-os belső saroknál a terhelés koncentrálódhat.

Ott indul a repedés.

Majd elkezded az infillt növelni.

50%.

80%.

100%.

És még mindig ugyanonnan törik.

Miért?

Mert:

a geometriai feszültséggyűjtőt nem javítottad meg.

Egy megfelelő rádiusz sokszor többet ad.

Borda vagy több infill?

Ha egy nagy sík fal hajlik:

tehetsz bele több infillt.

Vagy tervezhetsz rá:

bordát.

A borda úgy növeli a keresztmetszet másodrendű nyomatékát, hogy közben nem kell az egész belső teret tömörre tölteni.

Magyarul:

kevés jól elhelyezett műanyag sokkal többet érhet, mint sok rossz helyre rakott.

Az anyagválasztás sem ment meg mindent

PLA eltört.

Jöjjön PETG.

Az is eltört.

Jöjjön PA.

PA-CF.

Még drágább.

Ez lehet jó irány.

De csak akkor, ha valóban az anyag a korlát.

Ha rossz:

• a geometria;
• az orientáció;
• a falvastagság;
• a furatkialakítás,

akkor:

drágább filamentből csak drágább hibát nyomtatsz.

Általános funkcionális feladatokhoz a PETG filament jó kiindulópont lehet, de ugyanúgy értelmes fal- és infillbeállítás kell hozzá.

És mi a helyzet a flow-val?

Ez különösen fontos sok fallal vagy nagy infillel.

Ha a filamentprofil:

• túlextrudál;
• alulextrudál;
• rossz a Pressure Advance;
• túl nagy a volumetrikus flow,

akkor a mechanikai eredmény sem lesz stabil.

100% infill mellett különösen látványosan jelentkezhet, ha a vonalak nem férnek el rendesen egymás mellett.

Felgyűlik az anyag.

A nozzle húzza.

A geometria torzul.

Ezért az alap filamentprofilt előbb rendbe tenném a filamentprofil készítéséről szóló útmutató alapján.

A 100% infill nem korrigálja a rossz flow-t.

Fal vagy infill – gyors összehasonlítás

Gyakorlati kiindulópont funkcionális alkatrészhez

Ha semmi más információm nincs, én gyakran innen indulnék:

• 4–5 fal;
• 20–30% megfelelő infill;
• jó rétegirány;
• lekerekített belső sarkok;
• kritikus helyen lokális sűrítés.

Ez nem univerzális recept.

Kiindulási logika.

Utána a törési hely alapján változtatnék.

Ha eltörik, a törés helye többet mond, mint az infill százaléka

Ez az egyik legjobb hibakeresési adat.

Hol tört el?

Furatnál?

Éles saroknál?

Rétegek mentén?

A vékony kar tövénél?

A modell közepén?

A törés helye megmutatja, hol fogyott el a szerkezet.

Ha mindig ugyanott törik:

nem biztos, hogy az egész tárgy gyenge.

Lehet, hogy egyetlen zóna rossz.

Ha eltörik, ezt kérdezd végig

1. Hol tört el?
2. Milyen irányban futottak a rétegek?
3. Elég vastag volt a külső héj?
4. Van geometriai feszültséggyűjtő?
5. A furat vagy csavar körül van elég anyag?
6. A filamentprofil és a rétegtapadás rendben van?
7. A terhelés ténylegesen az infillt dolgoztatja?

És csak ezután:

kell-e valóban több infill?

A 100% infill gyakran tüneti kezelés

Ezért nem szeretem automatikus válaszként.

Eltört?

100%.

Ez nem tervezés.

Ez anyaggal való hibakeresés.

Néha működik.

Ahogy az is működik, ha egy vékony konzolt kétszer akkorára méretezel.

Csak közben lehetett volna:

• jobb orientáció;
• egy borda;
• két extra fal;
• egy rádiusz;
• lokális megerősítés.

Kevesebb anyagból.

Gyorsabban.

Jobban.

Falvastagság vagy infill?

Nem vagy-vagy kérdés.

Mindkettőnek van szerepe.

De más.

A fal: a külső, sokszor legjobban terhelt zónát erősíti.

Az infill: kitámaszt, összeköt, nyomást oszt el és megtámasztja a belső szerkezetet.

A geometria: eldönti, hol folyik a terhelés.

Az orientáció: eldönti, hogy a rétegek hogyan kapják ezt a terhelést.

Ha ezt a négy dolgot együtt nézed:

már nem az lesz az első kérdésed, hogy:

„20 vagy 50% infill?”

Hanem:

„Hol kell valójában több anyag?”

A tanulság egy mondatban: a funkcionális FDM alkatrészt nem az teszi erőssé, hogy minél több műanyagot töltesz bele, hanem az, hogy a falvastagságot, az infillt, a geometriát és a rétegirányt úgy választod meg, hogy az anyag ott dolgozzon, ahol a terhelés valóban megjelenik.