In diesem Beitrag wird eine genauere Erläuterung des Begriffs „Füllung“ im 3D-Druck gegeben. Es wird erklärt, wie Sie das passende Füllmuster und die geeignete Dichte auswählen können, und es werden die verschiedenen verfügbaren Muster beschrieben.
Im Bereich des 3D-Drucks bezieht sich der Ausdruck „Infill“ auf die innere Struktur eines 3D-gedruckten Objekts. Diese innere Struktur kann mithilfe verschiedener Muster gestaltet werden. Das Hauptziel des Infill besteht darin, das Gewicht, die Festigkeit und die Druckzeit des Teils zu optimieren. Es gibt zahlreiche verschiedene Infill-Muster zur Auswahl.
Was bedeutet Infill/Füllung im 3D-Druck?
Im Kontext des 3D-Drucks bezieht sich der Begriff „Infill“ auf die inneren Strukturen, die in den meisten 3D-gedruckten Objekten zu finden sind. Im Gegensatz zu Herstellungsverfahren wie Spritzguss, bei denen Teile entweder massiv oder hohl hergestellt werden müssen, bietet der FDM-3D-Druck (Fused Deposition Modeling) die Möglichkeit, eine Vielzahl verschiedener struktureller Muster zu verwenden, um den Raum zwischen den äußeren Wänden des Objekts zu füllen.
Worin liegt der Zweck des Infill im 3D-Druck?
Die Verwendung von Infill im 3D-Druck dient hauptsächlich dazu, sowohl Druckzeit als auch Material zu sparen, indem der Innenraum eines 3D-gedruckten Teils mit einer Gitterstruktur gefüllt wird. Ein massiver Druck des gesamten Teils ist oft unnötig und führt zu Materialverschwendung. Das Infill kann strategisch platziert werden, um die Festigkeit dort zu erhöhen, wo das Teil während seiner Verwendung den größten Belastungen ausgesetzt ist. Eine höhere Infill-Dichte bedeutet, dass ein größerer Teil des Innenraums mit Infill-Material gefüllt ist.
Was sind die Hauptkomponenten des Infill im 3D-Druck?
Ein typisches 3D-gedrucktes Objekt besteht in der Regel aus einer äußeren Hülle mit einer vordefinierten Wandstärke. Die Infill-Struktur wird vollständig von dieser Hülle umschlossen und ist nach dem Druck nicht mehr sichtbar. Das Infill wird im Inneren des Objekts gleichmäßig verteilt. In der Regel erfolgt der 3D-Druck des Infills mit einer höheren Geschwindigkeit als der der äußeren Hülle, um Zeit zu sparen. Es gibt verschiedene Infill-Muster, von denen jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat.
Welche verschiedenen Infill-Muster stehen im 3D-Druck zur Verfügung?
Im Bereich des 3D-Drucks stehen zahlreiche verschiedene Infill-Muster zur Auswahl, die alle dazu beitragen, Zeit und Material zu sparen. Im Folgenden finden Sie eine Auswahl der heute im 3D-Druck gebräuchlichen Infill-Muster:
Linien: Dieses Muster besteht aus mehreren parallelen Linien pro Schicht. Jede Schicht schneidet die vorherige Schicht in einem 90°-Winkel. Im Gegensatz zu anderen Mustern überkreuzen sich die Linien nicht innerhalb derselben Schicht. Dies erhöht die Festigkeit des Teils in zwei Raumrichtungen. Die Linienfüllung ist leicht schneller als das Gitter- oder Dreiecksmuster.
Konzentrisch: Beim konzentrischen Infill wird das Innere des Teils mit konzentrischen Ringen oder Kreisen gefüllt, die sich von innen nach außen bewegen. Dieses Muster eignet sich gut für Modelle, bei denen eine gleichmäßige Festigkeit erforderlich ist.
Kreisel: Hier wird das Infill in Form von Spiralen gedruckt, ähnlich wie ein Spiralmuster auf einer Schnecke. Dieses Muster ist effizient und bietet eine gute Festigkeit.
Raster: Beim Raster-Infill wird das Innere des Teils mit rechtwinkligen oder diagonalen Linien gefüllt, die ein Gitter bilden. Dieses Muster bietet eine gute Stabilität und ist vielseitig einsetzbar.
Oktett: Das Oktett-Infill ähnelt einem Gittermuster, wobei jedoch kleinere Quadrate innerhalb jeder Zelle hinzugefügt werden. Dies verbessert die Festigkeit und Stabilität des Teils.
Blitz: Blitz-Infill besteht aus diagonalen Linien, die sich kreuzen und ein Blitzmuster bilden. Dieses Muster eignet sich gut für schnelle Drucke mit moderater Festigkeitsanforderung.
Dreieck: Das Dreieck-Infill füllt das Innere des Teils mit Dreiecken aus. Dieses Muster bietet eine gute Festigkeit und Stabilität.
Dreieck-Sechseck: Ähnlich wie das Dreieck-Infill, verwendet dieses Muster Dreiecke, jedoch werden in jeder Zelle auch Sechsecke hinzugefügt. Dies verbessert die Steifigkeit und Festigkeit des Teils.
Kubisch: Beim kubischen Infill wird das Innere des Teils mit quadratischen Zellen gefüllt, die in alle Richtungen ausgerichtet sind. Dieses Muster bietet eine gleichmäßige Festigkeit.
Kreuz: Das Kreuz-Infill erzeugt ein Muster aus diagonalen Linien, die sich in einem Kreuz treffen. Es ist einfach und effektiv für Teile mit mittlerer Festigkeitsanforderung.
Die Wahl des Infill-Musters hängt von den spezifischen Anforderungen Ihres 3D-Druckprojekts ab, einschließlich Festigkeit, Druckzeit und Materialverbrauch.
Linienmuster für die Füllung:
Das Linienmuster für die Füllung besteht aus mehreren parallel verlaufenden Linien pro Schicht. Jede Schicht schneidet die vorherige Schicht in einem rechten Winkel von 90 Grad. Im Unterschied zu anderen Mustern überkreuzen sich die Linien nicht in derselben Schicht. Diese Anordnung erhöht die Festigkeit des Teils in zwei räumlichen Richtungen. Das Linienmuster für die Füllung ist leicht schneller als das Gitter- oder Dreiecksmuster.
Konzentrisches Füllmuster:
Das konzentrische Infill-Muster im 3D-Druck zählt zu den zügigsten Mustern und verbraucht gleichzeitig minimal Material. Dies geht jedoch auf Kosten der Stabilität des erzeugten Teils. Das konzentrische Muster weist im Vergleich zu anderen Infill-Arten, insbesondere bei Belastungen in x- oder y-Richtung, eine geringere Stabilität auf.
Kreisel-Füllmuster:
Das Kreisel- oder Gyroid-Infill-Muster erzeugt im 3D-Druck abwechselnde wellenförmige Linien oder Kurven. Im Vergleich zu anderen Mustern benötigt dieses Infill-Muster mehr Druckzeit. Es zeichnet sich jedoch durch eine einzigartige kreisförmige Struktur im Inneren aus, die nahezu isotrope mechanische Eigenschaften bietet. Obwohl die Drucke auf der z-Achse immer noch etwas schwächer sind, erhöht dieses Muster die Scherfestigkeit in der x- und y-Achse. Das Gyroid-Muster eignet sich besonders gut für den Einsatz mit flexiblen Materialien.
Raster-Füllmuster
Das Raster zählt zu den am häufigsten verwendeten Füllmustern. Hierbei wird der Kunststoff in einem kubischen Gittermuster platziert, das sich in einem rechten Winkel zueinander schneidet. Diese Methode eignet sich besonders gut für den 3D-Druck von großen, flachen Oberflächen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein Gitter-Infill-Muster gelegentlich zu Düsenverstopfungen führen kann, da die Linien in derselben Schicht sich miteinander kreuzen.
Oktett-Füllmuster
Das Tetraeder-Füllmuster wird beim 3D-Druck verwendet, um tetraedrische (pyramidenförmige) Strukturen im Inneren des gedruckten Teils zu erzeugen. Dieses Muster eignet sich besonders gut für Teile mit großen horizontalen Oberflächen. Aufgrund der keilförmigen Beschaffenheit der pyramidenförmigen Strukturen können jedoch Lücken zwischen den Infill-Wänden entstehen. Dies ermöglicht kürzere Abstände zwischen den Infill-Wänden und verringert das Risiko von Materialverformungen. Auf diese Weise können verbesserte äußere Oberflächen erzielt werden, ohne die Infill-Dichte erhöhen zu müssen.
Blitzförmiges Füllmuster
Diese spezielle Abwandlung des Infill-Musters ermöglicht die schnellste Druckgeschwindigkeit, auch wenn dies auf Kosten der Teilefestigkeit geht. Stützstrukturen werden in Form von Blitzen hinzugefügt und nur dort platziert, wo sie tatsächlich benötigt werden. Das Ergebnis sind hohle Bauteile, außer in den Bereichen, in denen Unterstützung für horizontale Elemente oder innere Überhänge erforderlich ist.
Dreieck- Füllmuster
Das Dreiecks-Infill-Muster erzeugt beim 3D-Druck eine Gitterstruktur aus gleichseitigen Dreiecken, die sich unter einem 60°-Winkel kreuzen. Diese Art des Infill-Musters ist besonders gut geeignet für Bauteile mit großen, flachen Oberflächen und weist ähnliche Leistungseigenschaften wie das Gitter-Infill-Muster auf. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass auch beim Dreiecks-Infill-Muster Düsenverstopfungen auftreten können, da die Linien in derselben Schicht sich miteinander kreuzen können.
Dreieck-Sechseck-Füllmuster
Das Dreieck-sechseckige Füllmuster zeichnet sich durch seine hohe Festigkeit aus. Ähnlich wie beim Raster- und Dreiecksmuster überkreuzen sich die Linien und bilden ein Muster aus Sechsecken, das von Dreiecken durchzogen ist. Aufgrund dieser Überlappung der Linien kann auch dieses Infill-Muster dazu führen, dass die Düse des 3D-Druckers verstopft.
Kubisches Füllmuster
Umformulierung: Das kubische Infill-Muster erzeugt im Inneren des gedruckten Teils kubische Strukturen. Dies geschieht durch die Erzeugung eines schichtartigen Musters, ähnlich wie beim Dreiecks-Infill. Allerdings sind die einzelnen Schichten so versetzt zueinander angeordnet, dass sie vollständige kubische Körper im Inneren des Teils bilden. Diese Kuben sind so ausgerichtet, dass sie an einer Ecke ausbalanciert sind.
Kreuzförmiges Füllmuster
Das Kreuz-Infill-Muster erzeugt zahlreiche kreuzförmige Strukturen im Inneren des gedruckten Teils. Dieses Muster eignet sich besonders gut für den 3D-Druck von flexiblen Teilen, da es diesen ermöglicht, sich zu biegen und zu verdrehen. Bei steiferen Kunststoffen hingegen ist dieses Muster weniger nützlich.
Wovon hängt der optimale Infill-Prozentsatz ab?
Der maßgebliche Faktor zur Bestimmung des Infill-Prozentsatzes hängt von der vorgesehenen Verwendung des gedruckten Teils ab. Prototypen und Bastelprojekte erfordern in der Regel selten mehr als 20 % Infill, während funktionale Teile, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, oft einen Infill-Prozentsatz von 50 % oder mehr benötigen.
Was ist eine geeignete Infill-Dichte?
In den meisten Fällen liegt die ideale Infill-Dichte zwischen 20 und 50 %. Weniger als 20 % führt zu instabilen Teilen, während Werte über 50 % zu einem längeren Druckprozess und höherem Materialverbrauch führen.
Welcher Infill-Prozentsatz ist für gering beanspruchte Objekte empfehlenswert?
Für Objekte, die keiner signifikanten mechanischen Belastung ausgesetzt sind, reicht oft ein Infill-Prozentsatz von 20 % aus. Es ist jedoch zu beachten, dass je nach Geometrie des Teils eine Anpassung notwendig sein kann. Bei flachen horizontalen Oberflächen kann eine höhere Infill-Dichte erforderlich sein, um ein Einsacken der Deckschicht aufgrund mangelnder Unterstützung zu verhindern.
Wie viel Infill ist für maximale Zugfestigkeit erforderlich?
Eine höhere Infill-Dichte verbessert die Zugfestigkeit des Teils. Dennoch ist die Infill-Dichte nicht der einzige Einflussfaktor. Materialwahl und Druckausrichtung sind ebenfalls entscheidend, insbesondere bei FDM-Drucken, die anisotrop sind. Die Qualität der Schichtverbindung in Richtung der z-Achse ist bei z-Richtungsbelastung entscheidend, und hier hat der Infill-Prozentsatz nur begrenzten Einfluss.
Die richtige Wahl des Infill-Musters treffen
Die Schritte zur Auswahl des besten Infill-Musters sind wie folgt:
1. Beurteilen Sie die Anforderungen an das Teil und berechnen Sie den optimalen Infill-Prozentsatz.
2. Berücksichtigen Sie Ihre Ressourcen, einschließlich verfügbarer Materialien und Druckzeit pro Teil.
3. Erstellen Sie eine Auswahl geeigneter Infill-Muster, die Ihren Anforderungen und Ressourcen entsprechen.
4. Wählen Sie das beste Infill-Muster aus dieser Auswahl aus.
Die Auswahl des optimalen Infill-Musters erfordert häufig Testdrucke mit kleinen Teilen, um die besten Einstellungen zu ermitteln. In der Regel erzielt man gute Ergebnisse mit einfachen Mustern wie Raster oder Linien.
