Alle Benutzer von 3D-Druckern wissen, dass 3D-gedruckte Teile zwei unterschiedliche Bereiche haben, die Hülle und die Füllung. Die richtige Parametrierung dieser beiden Werte beeinflusst die mechanische Festigkeit, das Finish, die Druckzeit und die Kosten. Die Schale ist die äußere Wand des Teils, die sowohl die Schichten in Kontakt mit der Druckbasis als auch die oberen Schichten, die die endgültige Oberfläche ergeben, umfasst.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf den inneren Teil des Teils, die Füllung. Die Laminierungsprogramme (Cura3D, Simplify3D, etc.) erlauben es uns, die Form und den Prozentsatz der Füllung zu wählen, die wir wünschen. Hier sind die wichtigsten möglichen Konfigurationen.
Prozentualer Anteil der Füllung im 3D-Druck
Der Füllstoff ist die Menge an Material, die das Innere des Teils einnimmt. In der Regel erlauben Walzprogramme die Änderung des Materialanteils von 0 % (hohles Teil) bis 100 % (vollmassives Teil). Da wir immer von der gleichen Konfiguration von Schichthöhe und Breite des Gehäuses sprechen, hängt der ideale Wert des Füllstoffanteils von der endgültigen Anwendung des jeweiligen Teils ab. Der am häufigsten verwendete Prozentsatz, den viele Rolling-Programme als Standarddaten verwenden, ist 20 %. Mit diesem Prozentsatz ist es möglich, Teile mit mittlerer/hoher Festigkeit, geringem Gewicht und sehr effizienter Druckzeit zu erreichen, was zu Teilen mit einem guten Festigkeits-Kosten-Verhältnis führt.
Für nicht funktionsfähige Prototypen, Modelle und andere Objekte mit einfacher Belichtung beträgt der empfohlene Füllstoff 10 %. Mit einem so geringen Prozentsatz werden lange Druckzeiten für Figuren oder komplexe Objekte, die keiner Belastung standhalten müssen, reduziert. Andererseits ist jedem Anwender klar, dass er, um eine maximale Zugfestigkeit zu erreichen, seine Stücke mit 100 % Füllung herstellen sollte, aber das bedeutet höhere Kosten, sowohl in Bezug auf Zeit und Material, und die Stücke sind schwerer. Abgesehen von den oben genannten Werten empfehlen wir, jeden einzelnen Fall in Bezug auf Widerstand/Druckzeit genau zu studieren und dabei zu berücksichtigen, dass eine Füllung von 25 % bis 50 % den Widerstand um 25 % und eine Füllung von 50 % bis 70 % den Widerstand nur um 10 % erhöht.
Bild 1: Unterschiedliche Füllstoffgehalte
Unsere Empfehlung ist es, 10% Füllstoff für Figuren und Objekte zu verwenden, die keine Lasten tragen, 20% für Stücke, die üblicherweise mit mittlerer/geringer Last verwendet werden, 60%, wenn Endstücke mit mittlerer Festigkeit hergestellt werden müssen und gebohrt oder geschraubt werden sollen, und schließlich 100%, um die maximale Festigkeit des Materials zu erreichen. Wir möchten betonen, dass die Fertigungsausrichtung der Teile die endgültige Festigkeit beeinflusst, d. h. die Ausrichtung spielt eine ebenso große Rolle wie der Prozentsatz des Füllstoffs.
Art der Füllung
Je nach verwendeter Laminierungssoftware gibt es verschiedene Arten von Füllungen, aber die vier am häufigsten verwendeten (Rechteckig, Dreieckig oder Diagonal, Wackel und Wabe) erscheinen in allen (Simplify3D, Cura3D, Slic3r, usw.).
Rechteckiger Füllung
Standardmäßig verwenden diese Softwares die rechteckige Füllung, was logisch ist, weil sie eine starke Struktur in alle Richtungen hat und relativ schnell die Ebenen senkrecht zueinander macht.
Dreieckige Füllung
Die dreieckige Füllung wird angewendet, wie in alltäglichen Strukturen, um den maximalen Widerstand in Richtung der Wände zu erreichen, dies ist aufgrund der Zersetzung auf die Hälfte der Kraft angewendet, indem sie bei 45º die Linien, die jede Schicht bilden.
Wiggle Füllung
Wenn es dagegen darum geht, ein möglichst flexibles, komprimierbares und weiches Teil zu bekommen, ist die beste Polsterung die Wiggle. Diese Zickzack-Polsterung erhöht die Rückprallkraft und bietet genügend Halt, um die vollständige Abdeckung des oberen Teils des Stücks zu gewährleisten.
Wabenförmige Füllung (drei- sechseckig)
Schließlich, basierend auf der Weisheit der Natur, wird der Wabenfüller (Honeycomb) in sechseckiger Form häufig als Kern verwendet, um Teilen aus Kohlefaser und anderen Faserarten Festigkeit zu verleihen. Im FDM/FFF-3D-Druck verleiht es den Teilen einen hohen Widerstand in alle Richtungen, höher als der rechteckige Infill, aber mit einer längeren Druckzeit.
Aus unserer Sicht ist der rechteckige Füllstoff für 90 % der 3D-Druckanwendungen stark genug. In den verbleibenden 10 % der Fälle muss ein sehr spezifischer Füllstoff verwendet werden.
Unsere Empfehlungen für die Auswahl der Füllung
Die richtige Konfiguration der Füllung ist ein sehr wichtiger Schritt, um die gewünschte Festigkeit bei FDM/FFF-3D-Druckteilen zu erreichen. Unsere Empfehlung ist die Verwendung von rechteckigen Füllungen mit einer Dichte von 10 % für nicht funktionale Teile, Modelle oder Prototypen, 20 % Füllung für Teile mit regelmäßigem Gebrauch, die geringen/mittleren Belastungen ausgesetzt sind, und 60 % für Elemente, die hohen Belastungen standhalten müssen. Die Art des Füllstoffs und die Prozentwerte müssen auch an jeden Typ von 3D-Drucker angepasst werden, und daran, ob das zu verwendende Material starr (PLA, ABS, PETG, Nylon usw.) oder flexibel (Filaflex TPE oder TPU) ist, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
