Согласование числа стенок и узора заполнения в FDM-печати: двойная формула прочности

Число стенок в FDM-печати — это параметр, который большинство пользователей упускают, но он определяет прочность детали сильнее, чем сам процент заполнения. Проверочные испытания, проведённые недавно в промышленных FDM-приложениях, показывают, что согласование между числом стенок и узором заполнения может создавать разницу в итоговой прочности детали до 40 процентов. В этой статье мы пошагово объясняем, сколько стенок и какой узор заполнения следует использовать в каждой ситуации.

Почему число стенок важнее процента заполнения?

Внешняя оболочка FDM-детали принимает на себя большую часть её несущей способности. Насколько бы плотным ни было внутреннее заполнение, если число стенок недостаточно, деталь может расслаиваться даже при небольших нагрузках. Особенно в отверстиях под винты, защёлках и точках, подверженных давлению, использование 3 или 4 периметров даёт больше выгоды, чем повышение процента заполнения до 40 процентов. Именно поэтому приоритет числа стенок над заполнением становится всё более распространённым в промышленном прототипировании и производстве функциональных деталей. Заказываете ли вы услугу FDM-печати или печатаете на собственном принтере, выбор числа стенок в соответствии с назначением детали — самая разумная отправная точка.

Узоры заполнения: не каждый узор подходит для любой задачи

В программах-слайсерах доступны десятки вариантов узоров заполнения. Их можно разделить на три основные группы:

• Линейные узоры, такие как Grid и Rectilinear: печатаются быстро, но несут нагрузку только по одной оси; при низком заполнении (ниже 20%) их может быть недостаточно.
• Трёхмерные узоры, такие как Gyroid и Honeycomb: распределяют нагрузку в нескольких направлениях и дают лучшее соотношение прочности к весу. Gyroid особенно хорош при ударных нагрузках.
• Изотропные узоры, такие как Tri-Hexagon и Cubic: идеальны для деталей, которым нужна равная прочность во всех направлениях; время печати немного дольше.

При выборе нужно учитывать, в каком направлении ваша деталь будет испытывать нагрузку. Для детали с однонаправленной нагрузкой разницей между gyroid и grid можно пренебречь, тогда как для соединительных элементов, подверженных многонаправленным нагрузкам, gyroid явно даёт лучшие результаты.

Как стенки и заполнение работают вместе?

Чтобы найти идеальное сочетание, нужно исходить из назначения детали. Если для декоративной модели достаточно 2 стенок + 15% gyroid, то функциональная деталь, например шасси дрона, даёт гораздо более надёжный результат при 4 стенках + 30% gyroid. Важная деталь: при увеличении числа стенок меняется и передача нагрузки узором заполнения, потому что поверхность контакта между внутренним заполнением и внешней оболочкой расширяется. Это взаимодействие особенно заметно при печати инженерными материалами. Для материалов, таких как филамент с углеволоконным армированием или нейлон, правильное согласование стенок и заполнения позволяет использовать всю теоретическую прочность детали.

Какое сочетание для какого сценария?

• Прототип и визуальная модель: 2 стенки + 10-15% gyroid — быстро, экономно, достаточно.
• Повседневное использование и лёгкая нагрузка: 3 стенки + 20% gyroid — сбалансированно и надёжно.
• Механическая деталь и соединительный элемент: 4 стенки + 30-40% gyroid или cubic — максимальная прочность.
• Высокая температура или ударная зона: инженерный материал + 4+ стенки + 40% gyroid — самая прочная конфигурация.

Эти пороги действуют в широком диапазоне — от стандартных филаментов, таких как PLA и PETG, до инженерных материалов, таких как нейлон и поликарбонат. Чтобы увидеть разницу, вы можете провести тест на своей детали или напрямую обратиться к профессионалу. Мы в Ucuz3D с нашими 17 различными вариантами материалов определяем наиболее подходящее сочетание стенок и заполнения для вашего проекта и позволяем вам мгновенно увидеть бюджет с помощью нашего инструмента мгновенного расчёта цены. Вы можете изучить необходимый вам уровень прочности на странице печати инженерными материалами, а при желании получить более подробную информацию по теме из нашего руководства по проценту заполнения.

Если вы не уверены, какое число стенок и узор заполнения подходят для вашего проекта, пришлите нам свой дизайн. Мы определим наиболее подходящие параметры производства под ваши потребности и предложим вам индивидуальное решение.