Los patrones de relleno pueden pasarse por alto fácilmente cuando está imprimiendo en 3D, pero marcan una gran diferencia en su calidad. Siempre me pregunto qué patrón de relleno es el más fuerte, así que escribo esta publicación para responderla y compartirla con otros aficionados a las impresoras 3D.
Entonces, ¿qué patrón de relleno es el más fuerte? Depende de la aplicación de su impresión 3D pero, en general, el patrón de panal es el patrón de relleno completo más fuerte que existe. Técnicamente hablando, el patrón rectilíneo es el patrón más fuerte cuando se tiene en cuenta la dirección de la fuerza, pero débil en la dirección opuesta.
No hay un patrón de relleno de talla única, por lo que hay tantos patrones de relleno en primer lugar porque algunos son mejores que otros dependiendo de cuál sea la funcionalidad.
Siga leyendo para obtener más información sobre la resistencia del patrón de relleno y otros factores importantes para la resistencia de la pieza.
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¿Cuál es el patrón de relleno más fuerte?
Un estudio de 2016 encontró que una combinación de un patrón rectilíneo con un 100 % de relleno mostró la mayor resistencia a la tracción con un valor de 36,4 Mpa.
Esto fue solo para una prueba, por lo que no querrá usar el 100% de relleno, pero muestra la efectividad real de este patrón de relleno.
El patrón de relleno más fuerte es Rectilíneo, pero solo cuando está alineado con la dirección de la fuerza, tiene sus debilidades, así que tenlo en cuenta.
Cuando hablamos de la dirección específica de la fuerza, el patrón de relleno rectilíneo es muy fuerte en la dirección de la fuerza, pero mucho más débil en contra de la dirección de la fuerza.
Sorprendentemente, el patrón de relleno rectilíneo resulta ser muy eficiente en términos de uso de plástico, por lo que se imprime más rápido que el panal (un 30 % más rápido) y algunos otros patrones disponibles.
El mejor patrón de relleno general tiene que ser panal, también conocido como cúbico.
Honeycomb (cúbico) es probablemente el patrón de relleno de impresión 3D más popular que existe. Muchos usuarios de impresoras 3D la recomendarán porque tiene excelentes cualidades y características. Lo uso para muchas de mis impresiones y no tengo ningún problema con él.
Honeycomb tiene menos fuerza en la dirección de la fuerza, pero tiene la misma cantidad de fuerza en todas las direcciones, lo que lo hace técnicamente más fuerte en general porque puedes argumentar que solo eres tan fuerte como tu eslabón más débil.
El patrón de relleno de panal no solo se ve estéticamente agradable, sino que se usa ampliamente en muchas aplicaciones para fortalecer. Incluso los paneles sándwich compuestos de grado aeroespacial incluyen el patrón de panal en sus partes para que sepa que se ha ganado sus rayas.
Tenga en cuenta que la industria aeroespacial utiliza este patrón de relleno principalmente por el proceso de fabricación más que por la resistencia. Es el relleno más fuerte que pueden usar dados sus recursos; de lo contrario, pueden usar un patrón Gyroid o Cubic.
Para ciertos materiales, puede ser bastante difícil usar algunos patrones de relleno para que aprovechen al máximo lo que pueden hacer.
Honeycomb usa mucho movimiento, lo que significa que es más lento de imprimir.
¿Cuál es tu patrón de relleno favorito? de la impresión 3D
Un usuario realizó pruebas para ver la influencia de los patrones de relleno en el rendimiento mecánico y descubrió que los mejores patrones para usar son lineales o diagonales (lineales inclinados 45°).
Al usar porcentajes de relleno más bajos, no hubo mucha diferencia entre los patrones lineales, diagonales o incluso hexagonales (panal de abeja) y dado que el panal de abeja es más lento, no es una buena idea usarlo con densidades de relleno bajas.
En porcentajes de relleno más altos, el hexagonal mostró una resistencia mecánica similar al lineal, mientras que el diagonal mostró un 10 % más de resistencia que el lineal.
Lista de los patrones de relleno más fuertes
Tenemos patrones de relleno que se conocen como 2D o 3D.
Mucha gente usará rellenos 2D para la impresión promedio, algunos pueden ser rellenos rápidos que se usan para modelos más débiles, pero todavía tiene rellenos 2D fuertes por ahí.
También tiene sus rellenos 3D estándar que se utilizan para hacer que sus impresiones 3D no solo sean más fuertes, sino también más fuertes en todas las direcciones de fuerza.
Estos tardarán más en imprimirse, pero marcan una gran diferencia en la resistencia mecánica de los modelos impresos en 3D, ideales para impresiones funcionales.
Es bueno tener en cuenta que existen muchas segmentaciones diferentes, pero ya sea que esté utilizando Cura, Simplify3D, Slic3r, Makerbot o Prusa, habrá versiones de estos sólidos patrones de relleno, así como algunos patrones personalizados.
Los patrones de relleno más fuertes son:
- Cuadrícula: relleno 2D
- Triángulos: relleno 2D
- Tri-Hexágono – Relleno 2D
- Cúbico – Relleno 3D
- Cubic (subdivisión): relleno 3D y utiliza menos material que Cubic
- Octeto: relleno 3D
- Cuarto Cúbico – Relleno 3D
- Gyroid: mayor fuerza con menor peso
Gyroid y rectilíneo son otras dos excelentes opciones que son conocidas por tener una alta resistencia. Gyroid puede tener problemas para imprimir cuando la densidad de relleno es baja, por lo que será necesario un poco de prueba y error para hacer las cosas bien.
La subdivisión cúbica es un tipo que es muy fuerte y también rápido de imprimir. Tiene una fuerza increíble en 3 dimensiones y rutas de impresión largas y rectas que le dan capas de relleno más rápidas.
Ultimaker tiene una publicación muy informativa sobre la configuración de relleno que brinda detalles sobre la densidad, los patrones, el grosor de la capa y muchos otros temas de relleno más complejos.
¿Cuál es el porcentaje de relleno más fuerte?
Otro factor importante para la resistencia de la pieza es el porcentaje de relleno que da a las piezas una mayor integridad estructural.
Si lo piensa, generalmente cuanto más plástico haya en el medio de una parte, más fuerte será porque la fuerza tendrá que atravesar más masa.
La respuesta obvia aquí es que el 100% de relleno será el porcentaje de relleno más fuerte, pero hay más. Tenemos que equilibrar el tiempo de impresión y el material con la resistencia de la pieza.
La densidad de relleno promedio que aplican los usuarios de impresoras 3D es del 20%, y también es el valor predeterminado en muchos programas de corte.
Es una gran densidad de relleno para piezas hechas para la apariencia y que no soportan carga, pero para piezas funcionales que necesitan resistencia, definitivamente podemos ir más alto.
Es bueno saber que una vez que llega a un porcentaje de filamento muy alto, como el 50 %, tiene grandes rendimientos decrecientes sobre cuánto más fortalece sus partes.
Porcentaje de relleno que va del 20 % (izquierda), 50 % (centro) y 75 % (derecha) Fuente: Hubs.com
Superar el 75 % es casi innecesario, así que ten esto en cuenta antes de desperdiciar tu filamento. También hacen que sus piezas sean más pesadas, lo que podría hacer que sea aún más probable que se rompan debido a la física y la fuerza porque Masa x Aceleración = Fuerza neta.
¿Cuál es el patrón de relleno más rápido?
El patrón de relleno más rápido tiene que ser el patrón de líneas que puede haber visto en videos e imágenes.
Este es probablemente el patrón de relleno más popular y es el predeterminado en muchos software de segmentación. Tiene una cantidad decente de resistencia y usa una cantidad baja de filamento, lo que lo convierte en el patrón de relleno más rápido que existe, además de no tener ningún patrón.
¿Qué otros factores fortalecen las impresiones 3D?
Aunque vino aquí en busca de patrones de relleno para la resistencia, el grosor de la pared o la cantidad de paredes tiene un mayor impacto en la resistencia de la pieza y hay muchos otros factores. Un gran recurso para impresiones 3D sólidas es esta publicación de GitHub.
En realidad, hay un producto bastante bueno que puede hacer que sus piezas impresas en 3D sean más fuertes y que es implementado por algunos usuarios de impresoras 3D. Se llama el revestimiento de alto rendimiento Smooth-On XTC-3D.
Está hecho para dar a las impresiones 3D un acabado suave, pero también tiene el efecto de hacer que las piezas 3D sean un poco más fuertes, ya que agrega una capa alrededor del exterior.
Calidad del filamento
No todos los filamentos se fabrican de la misma manera, así que asegúrese de obtener filamentos de una marca confiable y de buena reputación para obtener la mejor calidad disponible. Recientemente hice una publicación sobre la duración de las piezas impresas en 3D que tiene información sobre esto, así que puede consultarlo.
Mezcla de filamentos/compuestos
Se han desarrollado muchos filamentos para que sean más fuertes y puedas aprovecharlos. En lugar de usar el PLA habitual, puede optar por PLA plus o PLA que se mezcla con otros materiales como madera, fibra de carbono, cobre y mucho más.
Tengo una Guía definitiva de filamentos que detalla muchos de los diferentes materiales de filamentos que existen.
Orientación de impresión
Este es un método simple pero pasado por alto que puede fortalecer sus impresiones. Los puntos débiles de tus estampados siempre serán las líneas de capa.
La información de este pequeño experimento debería brindarle una mejor comprensión de cómo colocar sus piezas para imprimir. Puede ser tan fácil como rotar su parte 45 grados para duplicar la fuerza de su impresión.
O, si no le importa el uso excesivo de material y los largos tiempos de impresión, no puede equivocarse con la configuración de densidad de impresión «sólida».
Hay un término especial llamado anisotrópico que significa que un objeto tiene la mayor parte de su fuerza en la dirección XY en lugar de la dirección Z. En algunos casos, la tensión del eje Z puede ser de 4 a 5 veces más débil que la tensión del eje XY.
Las partes 1 y 3 fueron las más débiles debido a que la dirección del patrón del relleno era paralela a los bordes del objeto. Esto significaba que la principal fortaleza que tenía la pieza era la débil fuerza de unión del PLA, que en piezas pequeñas será muy pequeña.
Simplemente girar su pieza 45 grados tiene la capacidad de dar a sus piezas impresas el doble de fuerza.
Fuente: Sparxeng.com
Número de carcasas/perímetros
Las cubiertas se definen como todas las partes exteriores o cerca del exterior del modelo, que son contornos o perímetros exteriores de cada capa. Dicho en términos simples, son el número de capas en el exterior de una impresión.
Las carcasas tienen un impacto enorme en la resistencia de la pieza, donde agregar solo una carcasa adicional técnicamente podría dar la misma resistencia de la pieza que un 15 % adicional de relleno en una pieza impresa en 3D.
Al imprimir, las cubiertas son las partes que se imprimen primero para cada capa. Tenga en cuenta que hacer esto, por supuesto, aumentará su tiempo de impresión, por lo que habrá una compensación.
Grosor de la cáscara
Además de agregar cubiertas a sus impresiones, puede aumentar el grosor de la cubierta para aumentar la resistencia de la pieza.
Esto se hace mucho cuando las piezas deben lijarse o procesarse posteriormente porque la pieza se desgasta. Tener más grosor de capa le permite lijar la pieza y tener el aspecto original de su modelo.
El grosor de la carcasa normalmente se valora en un múltiplo del diámetro de la boquilla, principalmente para evitar imperfecciones en la impresión.
El número de paredes y el grosor de las paredes también entran en juego, pero técnicamente ya forman parte del caparazón y son las partes verticales del mismo.
sobreextrusión
Alrededor de un 10-20 % de sobreextrusión en sus configuraciones le dará a sus piezas más fuerza, pero verá una reducción en la estética y la precisión. Puede tomar un poco de prueba y error encontrar un caudal con el que esté satisfecho, así que utilícelo para su ventaja.
Capas más pequeñas
My3DMatter descubrió que la altura de la capa inferior debilita un objeto impreso en 3D, aunque esto no es concluyente y probablemente tenga muchas variables que afecten esta afirmación.
La compensación aquí, sin embargo, es que pasar de una boquilla de 0,4 mm a una boquilla de 0,2 mm duplicará el tiempo de impresión que la mayoría de la gente evitaría.
Para obtener una pieza impresa en 3D realmente fuerte, debe tener un buen patrón y porcentaje de relleno, agregar capas sólidas para estabilizar la estructura de relleno, agregar más perímetros a las capas superior e inferior, así como al exterior (carcasas).
Una vez que reúna todos estos factores, tendrá una pieza extremadamente duradera y resistente.
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