各種填充模式對3D列印件的影響

Quoted from /天工社

Editor /Ella

我們認為自己知道填充能對3D列印模型產生重大影響，但一項新研究調查了填充是如何影響3D列印模型的。該研究表明，當涉及到拉伸強度時，填充對模型產生的影響並沒有我們想像的那麼大。

在Miguel Fernandez Vicente、Wilson Calle、Santiago Ferrandiz和Andres Conejero的帶領下，巴侖西亞理工大學（Universitat Politècnica de Valencia）和厄瓜多UPS大學（Universidad Politecnica Salesiana del Ecuador）合作進行了這項研究。

該研究的前提是，很多開源3D列印件都有一個填充設計，這樣的填充設計會優先考慮節省資金和材料。填充通常是一種骨骼或細胞結構，這些結構能為產品提供必要的支撐，同時也允許您為一件3D產品製造更薄的外壁。

當然，填充本身是一個複雜的方程。為了得到更堅固的產品，您可以選擇更結實的填充，儘管這樣會對每個產品的列印時間、重量和成本產生明顯的影響。

因此，很多人選擇了儘可能最輕的填充物，其本質上是一系列輕量級支架。新研究提出了兩個關鍵的問題：填充上優先考慮節省時間和材料是正確的嗎？填充模式的改變能產生很不一樣的效果嗎？

在這項研究中，研究團隊採用了可靠的裝有Slic3r軟體的i3 RepRap Prusa 3D印表機，使用的線材是標準的3毫米的ABS。

該研究發現，改變填充模式確實對3D列印件的拉伸強度有影響，但他們成功地產生了一個小於5%的變化。傳統的蜂窩模式是最堅固的，但研究團隊不能排除是塑料的沉積導致了這樣的堅固。

儘管如此，這樣的發現仍然是有重要意義的。那些需要最大限度地提高每一個列印件的強度的公司或個人因此可以好好地閱讀這項研究，並採用蜂窩結構。但這並不是研究人員所期望的那種深遠影響。研究團隊發現，一種類似牆上的磚一樣直線模式能產生最好的好效果，其產生拉伸強度為36.4兆帕。這樣的拉伸強度只比ABS原材料的拉伸強度小不到1%。最能影響拉伸強度和列印件的機械性能的似乎是空氣填充、光柵角度或者填充的結合角度。

機械強度是一個複雜的方程，研究團隊以多種方式測試了ABS線材，先分析了ABS的介孔結構，然後再分析了一根未使用的ABS線材的拉伸強度。聚合物鏈的排列方向也是機械強度一個不可或缺的組成部分，而這是與一個基於層壓理論的數學模型連在一起的。

藉此，研究團隊發現，產品填充的空隙確實會對機械性能產生深遠的影響，填充結構的角度甚至可以改變產品的韌脆。

該研究使凸顯了之前由Baich和Manogharan進行的一項研究，那項研究揭示了以下事實：固體填充更加牢固，其成本與雙密度填充是一樣的。如果我們真正能掌握填充的話，我們可以讓一個軟體程序為每個列印件生成自定義填充模式，以此來優化產品的拉伸強度、重量和列印時間。

有一天，填充可能會變得和3D列印件中您能看得見的那部分一樣重要。隨著商業組織對3D列印的採用，這將是一門越來越重要的科學。但是現在，如果您想快速地利用這項研究從而選擇採用直線或蜂窩填充結構，請確保不要吝嗇填充材料，如果您想得到一個牢固的產品的話。

——E N D——

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