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El relleno de nido de abeja es el patrón de relleno más fuerte en la impresión 3D FDM. La estructura de panal distribuye el peso uniformemente en los seis lados. Esto conduce a una pieza impresa en 3D fuerte que tiene una gran resistencia en todas las direcciones. El relleno de nido de abeja es adecuado para imprimir piezas que necesitan ser ligeras, pero con una gran capacidad de carga.

El relleno de impresión 3D proporciona resistencia y rigidez internas a las piezas impresas en 3D mientras las mantiene relativamente livianas. El uso de los mejores patrones de relleno puede ayudarlo a obtener la relación fuerza-peso ideal para sus impresiones 3D. Esto lo ayudará a ahorrar material de filamento y tiempo de impresión, reduciendo el costo total de sus impresiones.

Si observa las tres cortadoras de impresión 3D populares, Cura, PrusaSlicer y Simplify3D, encontrará más de 20 patrones de relleno para elegir. Solo unos pocos están diseñados para ser resistentes, mientras que otros tienen un propósito más estético.

En este artículo, veremos los patrones de relleno más potentes para la impresión 3D y cómo se comparan con otros patrones de relleno populares. También le daremos consejos sobre cuándo usar cada modelo.

Consideraciones de fuerza

Para probar la resistencia de un modelo de relleno, primero tendremos que definir dos factores cruciales cuando se trata de resistencia mecánica: la dirección de la fuerza y ​​el tipo de fuerza.

Esto nos ayudará a determinar cómo se comportarán los diferentes patrones de relleno bajo diferentes condiciones de tensión y deformación.

dirección de la fuerza

Una prueba de resistencia de filamentos para impresoras 3D

La fuerza de los rellenos de patrones varía según la dirección de la fuerza. Por ejemplo, los patrones de relleno en cuadrícula, en zigzag y recto son más capaces de soportar cargas en una dirección perpendicular (en un ángulo de 90 °) a las líneas de relleno. Por otro lado, fallarán rápidamente si la dirección de la fuerza se aplica transversalmente.

Por ejemplo, un cubo con un patrón de relleno de cuadrícula no fallará si aplica la carga desde sus lados horizontalmente. Pero si aplica la carga en la dirección vertical en el eje Z, el cubo no podrá soportar la misma carga que antes.

A diferencia de estos, los patrones de relleno de panal, giroide y cúbico tienen mayor fuerza en todas las direcciones. Estos modelos le darán resultados consistentes y predecibles en sus capacidades de carga.

tipos de fuerzas

Es probable que sus piezas impresas en 3D estén sujetas a fuerzas de tracción o compresión. Fuerzas de tracción hacer que la parte se estire a lo largo de un eje mientras fuerzas de compresión tendencia a aplastar el objeto. Comprender qué tipo de fuerza experimentará su aplicación es clave para elegir el patrón de llenado más fuerte.

En general, las piezas impresas en 3D funcionan mejor bajo cargas de compresión. Esto se debe a las propiedades del plástico y al proceso de fabricación capa por capa de la impresión 3D FDM.

La fabricación capa por capa puede causar delaminación por tensión. La delaminación es un tipo de falla en la que las capas del objeto impreso en 3D comienzan a separarse entre sí. Bajo compresión, las piezas están muy juntas, lo que reduce el riesgo de deslaminación.

¿Cuál es el patrón de relleno más fuerte?

El relleno de panal es el patrón de relleno más fuerte en la impresión 3D. Este resultado es la conclusión de un Estudios científicos que enumera el patrón de panal como el tipo de relleno más fuerte bajo carga de compresión. Otro estudiar 2020 que prueba las diferentes impresiones 3D bajo condiciones de carga de tracción, termina con el mismo resultado.

Aunque el relleno de panal es el más fuerte, no está exento de defectos. Profundicemos en los patrones de relleno más fuertes uno por uno para ver todas sus fortalezas y debilidades.

Panal yorelleno PAG.modelo

Patrón de relleno más fuerte: panal

Imagen: Pranav Gharge

El patrón de relleno de panal consta de una estructura de relleno hexagonal tridimensional. Este diseño le da al modelo su fuerza, ya que la carga actuante se distribuye en los seis lados del hexágono. Los resultados del estudio de compresión anterior muestran que un cubo de PLA de 25 mm con 40% el relleno de panal puede soportar cargas de más de 900 kg.

Esta alta capacidad de carga es igual en todas las direcciones de las fuerzas. Elimine secciones débiles o puntos de falla en la pieza impresa en 3D. Esto hace que el modelo de panal sea adecuado para impresiones 3D estructurales, herramientas y artículos de carga.

El inconveniente notable son los largos tiempos de impresión necesarios para el relleno de panal. El cabezal de impresión necesita hacer cambios frecuentes de dirección. Esto se traduce en un aumento de las rutas de viaje, aumentando los tiempos de impresión 3D.

Tampoco se recomienda imprimir el patrón de panal a densidades más altas, ya que esto hará que la impresora vibre y aumente el ruido de la impresora 3D.

Triángulo yorelleno Modelo

El patrón de relleno del triángulo.

Imagen: Pranav Gharge

Una alternativa notable al patrón de panal es la estructura de relleno triangular. El patrón triangular distribuye las fuerzas en tres lados, dando la misma capacidad de carga en todas las direcciones. La capacidad de carga es aproximadamente similar a la del modelo hexagonal en condiciones de tensión y compresión.

Supera el rendimiento del relleno de panal en términos de tiempo y velocidad de impresión. El patrón de triángulo consta de líneas rectas en tres direcciones. Estos requieren cambios de dirección más pequeños, lo que resulta en velocidades de impresión más rápidas. Es adecuado para piezas como estantes, brazos robóticos, paredes y herramientas pequeñas.

la tres rellenos hexagonales es un buen patrón de relleno y una excelente alternativa a los rellenos de panal y triángulo. Ofrece las ventajas de los rellenos de patrón y minimiza las desventajas del patrón de panal.

Patrón de relleno de cuadrícula

El patrón de relleno de la cuadrícula.

Imagen: Pranav Gharge

El patrón de relleno de cuadrícula consta de una cuadrícula rectangular de material filamentoso. La rejilla rectangular está diseñada para darle fuerza en el plano XY, resistiendo fuerzas en direcciones horizontales. Prueba de modelo de llenado de cocina CNC clasificó el patrón de cuadrícula como uno de los patrones de relleno más fuertes.

Cuando se utiliza el tipo de relleno de cuadrícula, la impresora 3D utiliza rutas de impresión largas y rectas. Son fáciles de imprimir y permiten velocidades de impresión rápidas. Ideal si desea minimizar los tiempos de impresión 3D al momento de ganar dinero con su impresora 3D.

Se recomienda la impresión 3D con relleno de cuadrícula cuando se requieren impresiones fuertes y rígidas en la dirección XY. Estos incluyen piezas impresas en 3D como soportes, abrazaderas y otros artículos similares.

El modelo consume una cantidad significativa de material por capa, lo que sin embargo aumenta la utilización del material. Y debido a la falta de una estructura de soporte vertical, hay poca fuerza a lo largo del eje Z vertical.

Patrón de relleno recto

Patrón de relleno más fuerte: panal

Imagen: Pranav Gharge

El patrón recto parece ser el mismo que el patrón de relleno de cuadrícula a primera vista. Pero solo imprime líneas de relleno en una dirección por capa. En el siguiente nivel, la dirección de estas líneas de relleno cambia y es perpendicular a las anteriores.

Este diseño de capa modificado da como resultado un patrón de relleno que tiene una fuerza similar al patrón de cuadrícula. Sin embargo, como el material utilizado por capa es menor, el patrón recto puede imprimir capas de relleno más rápido a altas velocidades. Es adecuado para piezas impresas en 3D que necesitan ser ligeras pero resistentes.

Al igual que el patrón de cuadrícula, el patrón de relleno recto no tiene fuerza vertical. Fallará fácilmente si aplica la carga en el eje Z.

Modelo de relleno de la giroides

El modelo de relleno de la giroides.

Imagen: Pranav Gharge

El patrón Gyroid es uno de los patrones de relleno más interesantes en la impresión 3D. Tiene una estructura geométrica ondulada que es única en todos los sentidos. Esta estructura le da al motivo giroide sus propiedades isotrópicas. El diseño giroide es adecuado para soportar cargas desde todas las direcciones, similar al patrón de relleno hexagonal.

Sin embargo. la geometría única del modelo Gyroid proporciona una excelente relación resistencia/peso superior al modelo de panal. Las líneas onduladas también reducen la necesidad de cambios continuos de dirección cuando se imprime en 3D, lo que da como resultado velocidades de impresión más rápidas y tiempos de impresión más rápidos.

El patrón Gyroid es adecuado para componentes estructurales y estampados funcionales y es una gran alternativa al patrón de panal.

Sin embargo, debido a que la geometría de la estructura es compleja, el patrón de llenado del giroide requiere tiempos de corte más prolongados. El patrón de relleno del giroide también puede generar una tensión significativa en los componentes de la impresora 3D a velocidades de impresión más rápidas.

¿Cuál es el porcentaje de llenado más alto?

Una comparación general de las diferentes densidades y porcentajes de relleno

Imagen: Pranav Gharge

Aunque el porcentaje de llenado más alto es del 100%, rara vez vale la pena usarlo. No agrega mucha fuerza en comparación con las tasas de llenado más bajas y aumenta considerablemente los tiempos de impresión.

En lugar de utilizar un porcentaje de relleno del 100%, un Densidad de relleno 40-60%. ofrece excelentes resultados a costos de impresión 3D más bajos. Estas tasas de llenado brindan un excelente equilibrio entre resistencia, material y tiempo de impresión.

Un estudio reciente sobre la efectos de las densidades de relleno y varios modelos de relleno confirman estas observaciones en sus resultados. El estudio concluye que la capacidad de carga es importante entre los 40-60% rango de densidad de relleno y ofrece rendimientos decrecientes a medida que avanza. Excepto por el patrón de panal, ningún otro patrón de relleno se beneficia del aumento de densidad de relleno de más del 80%.

Si imprime sus objetos en este rango de relleno, utilizará menos material y le dará a su pieza impresa en 3D una resistencia sustancial. También tendrá menos tiempo de impresión y podrá imprimir varias piezas en 3D en la misma cantidad de tiempo.

Por estas razones, elegir el patrón de relleno correcto es más importante que la mejor densidad de relleno para sus impresiones 3D.

¿Qué patrón de relleno es el más rápido?

El patrón de relleno de cremallera en Cura Slicer

Imagen: Pranav Gharge

la relleno de iluminación en la última versión de Rebanador de cuidado es el modelo de llenado más rápido. El patrón de relleno en forma de rayo está diseñado y optimizado para velocidades de impresión más rápidas y tiempos de impresión más cortos. Es un diseño único e ideal para imprimir piezas pequeñas no funcionales con menos voladizo.

El patrón de relleno Lines ofrece un equilibrio excepcional entre fuerza y ​​tiempo de impresión. Imprime líneas a lo largo de un solo eje durante un nivel y alterna la dirección de las líneas para cada nivel. El resultado es un fuerte patrón entrecruzado que soporta un peso considerable y tarda menos tiempo en imprimirse.

Otro F.actores jSombrero yoque golpea 3D PAG.imprimir S.fuerza

Orientación de impresión

La orientación de la pieza afecta la fuerza de la pieza impresa en 3D y su patrón de relleno. Debido al método de impresión capa por capa de la impresión FDM, las piezas tienden a «deslaminarse» en condiciones en las que la fuerza es perpendicular a la dirección de la capa.

La carga máxima de diferentes patrones de relleno también se puede optimizar cambiando la orientación de la impresión. Por ejemplo, el modelo de rejilla tiene una fuerte resistencia lateral pero fallará bajo carga vertical. Orientar la pieza de manera diferente puede garantizar que la carga se distribuya en la dirección correcta.

Cuando se imprime una pieza en 3D para lograr la máxima resistencia, es necesario conocer sus condiciones de carga y orientar el modelo para lograr una resistencia óptima en la rebanadora. Como truco simple, intente orientar sus capas paralelas a la dirección de la fuerza. Le dará los mejores resultados bajo cargas de tracción y compresión, y su pieza puede soportar cargas considerables antes de romperse.

material de filamento

El material del filamento es fundamental para la resistencia de su pieza impresa en 3D. Desempeña un papel vital en la determinación de la fuerza de relleno de su parte. en un Estudio PLA en fibra de carbono, los investigadores encontraron que las piezas impresas con fibra de carbono PLA tenían la mayor resistencia. Podrían transportar cargas significativas antes del punto de ruptura.

El nailon, el PETG y el ABS pueden añadir una gran resistencia a sus impresiones 3D. Encontrarás filamentos PLA+ con aditivos adicionales para mejorar las características mecánicas del PLA. Los filamentos fibrosos proporcionarán rellenos de patrón más fuertes e impresiones 3D de alta resistencia.

Si está utilizando una impresora 3D de doble extrusor, puede usar un material diferente para las cubiertas y el patrón de relleno, lo que da como resultado una pieza duradera pero con un costo menor. Conocer las propiedades del material del filamento puede ayudarlo a elegir los patrones de relleno apropiados.

calidad del filamento

Los filamentos que utiliza también pueden afectar la resistencia mecánica de sus impresiones 3D. Si desea producir impresiones 3D de alta resistencia, necesita usar un filamento de mejor calidad. El filamento de alta calidad tendrá tolerancias más estrictas, no tendrá impurezas y le brindará resultados predecibles para sus impresiones 3D.

Utilice siempre filamentos frescos y secos de un fabricante de confianza para obtener los mejores resultados. Marcas como multifabricante, Prusa3D (Prusamento)Y caja de escotilla son algunos de nuestros filamentos imprescindibles para obtener resultados de impresión 3D de alta calidad.

El uso de filamentos de menor calidad puede presentar deformaciones, huecos y otros defectos de impresión que afectan la resistencia final de sus impresiones 3D.

Durante la extrusión

La extrusión excesiva del material de filamento en el relleno le ayudará a obtener una estructura de relleno más fuerte. Puede aumentar el ancho o la productividad del material al imprimir o configurarlo desde la configuración de la cortadora. Esto mejorará la superficie del patrón de relleno y aumentará la resistencia.

La estructura resultante resistirá cargas de alta capacidad al distribuir la fuerza sobre un área más grande. Tenga en cuenta que una extrusión excesiva de las líneas de llenado puede hacer que las cajas se hinchen. Esto puede arruinar la apariencia estética y reducir la precisión de sus impresiones 3D.

Número de conchas y su grosor.

A menudo, la carcasa de su pieza impresa en 3D tendrá un mayor efecto en la resistencia mecánica de su pieza que el propio patrón de relleno. Stephan de CNC Kitchen lo demostró en su descripción detallada Experiencia de vídeo de Youtube.

Las cubiertas afectan el grosor de las capas exteriores de su pieza y ayudan a mejorar su resistencia. El aumento del espesor de los muros da lugar a capas gruesas, dando mayor resistencia al perímetro exterior. Si puede imprimir con una gran cantidad de viñetas, puede usar densidades de relleno más bajas. Esto ahorra tiempo y materiales de impresión 3D al tiempo que tiene una parte igualmente fuerte.

Conclusión

Los patrones de relleno afectan en gran medida la resistencia de la pieza impresa en 3D. Elegir los patrones de relleno correctos lo ayudará a reducir sus costos de impresión y mejorar su eficiencia sin sacrificar la calidad o la resistencia de la pieza.

Según varios estudios, la patrón de panal es el patrón de relleno más fuerte que proporciona la misma fuerza en todas las direcciones. Puede soportar altas cargas capacidad en todas las direcciones y le da a la impresión una naturaleza casi isotrópica. Sin embargo, la impresión 3D lleva más tiempo y puede hacer que su impresora 3D vibre a alta velocidad.

Si la fuerza es su criterio principal, el patrón de panal será excelente para su flujo de trabajo de impresión 3D. Como alternativa, puede utilizar patrones de relleno rectos y triangulares para equilibrar la intensidad, la calidad de impresión y el tiempo de impresión.

Si desea usar un relleno de patrón más rápido, el patrón de rayos de Cura es el camino a seguir. Sin embargo, no es fuerte en todas las direcciones y puede no ser ideal si está buscando una pieza que pueda soportar cargas elevadas.

Cuando se trata del porcentaje de relleno, la densidad de relleno del 40-60 % suele ser la mejor solución para optimizar la resistencia de la pieza. Cualquier cosa por encima de eso, y rápidamente encontrará rendimientos decrecientes.

Háganos saber sus experiencias con estos patrones de relleno y cuáles le dieron los mejores resultados. Si tiene algo más que agregar, no dude en comentar a continuación.

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    Pranav es un estudiante graduado con un título en ingeniería mecánica. Le apasiona todo lo relacionado con la impresión 3D y lo ve como algo más que un hobby. En su tiempo libre le gusta andar en bicicleta, leer libros y mantenerse al día con todo lo tecnológico.

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