Infill در پرینت سه‌بعدی: اصول اولیه برای دستیابی به نتایج بی‌نقص

پرینت سه‌بعدی: انقلاب در دنیای تولید

وقتی صحبت از تولید قطعات به میان می‌آید، روش‌های سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی و تولید کاهشی معمولاً در ذهن می‌آیند. اما پرینت سه‌بعدی با نوآوری‌های خاص خود به سرعت جایگزین بسیاری از این روش‌ها شده است. یکی از تفاوت‌های اصلی که پرینت سه‌بعدی با سایر تکنیک‌ها دارد، در طراحی Infill است؛ این ویژگی منحصر به فرد باعث شده است که قابلیت‌های این روش به مراتب از روش‌های سنتی پیشی بگیرد.

تفاوت‌های کلیدی روش‌های سنتی و پرینت سه‌بعدی

1. قالب‌گیری تزریقی: در این روش، ماده مایع یا مذاب به داخل قالب تزریق می‌شود و پس از سرد شدن، قطعه شکل می‌گیرد. این فرآیند نمی‌تواند انعطاف‌پذیری در تنظیم ساختار داخلی قطعه فراهم کند و در اکثر مواقع، یا قطعه کاملاً توخالی است یا کاملاً پر.

2. تولید کاهشی: در فرآیند ماشین‌کاری CNC، مواد از قطعه اولیه بریده می‌شوند. در این روش نیز، امکان کنترل دقیق فضاهای داخلی قطعه وجود ندارد و تنها می‌توان بر روی شکل بیرونی آن تمرکز کرد.

اما در پرینت سه‌بعدی، این امکان به طراحان و مهندسان داده می‌شود تا به راحتی ساختار داخلی قطعه را طبق نیازهای خاص خود طراحی کنند و از هر الگوی Infill دلخواه استفاده کنند. این ویژگی باعث شده است که در صنایع مختلف، از هوافضا گرفته تا پزشکی، از پرینت سه‌بعدی بهره‌برداری گسترده‌تری شود.

چگالی Infill: کلید بهینه‌سازی مصرف مواد

چگالی Infill به درصد پرشدگی فضای داخلی قطعه اشاره دارد و از این نظر تأثیر زیادی بر وزن قطعه، زمان پرینت و مصرف مواد دارد. در دنیای پرینت سه‌بعدی، این چگالی می‌تواند از ۰ درصد (که قطعه کاملاً توخالی است) تا ۱۰۰ درصد (قطعه‌ای کاملاً جامد) متغیر باشد. با استفاده از نرم‌افزارهای Slicer، می‌توانید درصد دقیق چگالی را تعیین کنید و به این ترتیب، کنترل بیشتری بر روی استحکام قطعه، زمان و هزینه‌ها داشته باشید. جالب اینجاست که برخی از این نرم‌افزارها به شما این امکان را می‌دهند که چگالی را در بخش‌های مختلف قطعه به صورت متغیر تنظیم کنید، به این معنا که برخی قسمت‌ها به استحکام بیشتری نیاز دارند، در حالی که بخش‌های دیگر می‌توانند با چگالی کمتری پر شوند.

چگونه بهترین درصد چگالی Infill را انتخاب کنیم؟

برای بیشتر پرینت‌های "استاندارد" که نیازی به استحکام فوق‌العاده ندارند، پیشنهاد می‌کنیم از چگالی Infill بین 15 تا 50 درصد استفاده کنید. این میزان چگالی، زمان پرینت را کوتاه نگه می‌دارد، مصرف مواد را کاهش می‌دهد و استحکام قابل قبولی را ارائه می‌دهد. پرینت‌های کاربردی به استحکام بالاتری نیاز دارند. بنابراین، توصیه می‌کنیم از چگالی Infill بالای 50 درصد استفاده کنید (حتی تا 100 درصد). با این حال، این تنظیم باعث افزایش زمان پرینت و مصرف بیشتر فیلامنت می‌شود، اما نتیجه نهایی یک قطعه قوی‌تر و سنگین‌تر خواهد بود. برای مدل‌های کوچک و تزئینی که صرفاً برای نمایش طراحی شده‌اند، بهتر است از چگالی Infill بین 0 تا 15 درصد استفاده کنید. این مقدار باعث افزایش سرعت پرینت شده و مصرف فیلامنت را به حداقل می‌رساند. مدل‌های پرینت‌شده با این محدوده چگالی، سبک‌وزن و نسبتاً ضعیف خواهند بود. در نهایت، هر درصدی از چگالی Infill می‌تواند برای قطعات پرینت‌شده با مواد انعطاف‌پذیری مانند TPU مناسب باشد. با این حال، به خاطر داشته باشید که با افزایش چگالی  Infill، انعطاف‌پذیری قطعه کاهش می‌یابد.

تنظیمات پیشنهادی

• پرینت‌های استاندارد: 15 تا 50 درصد
• پرینت‌های کاربردی: 50 تا 100 درصد
• مدل‌ها و فیگورهای تزئینی: 0 تا 15 درصد
• پرینت‌های انعطاف‌پذیر: 1 تا 100 درصد

الگوهای Infill: دنیای بی‌پایان امکانات

Infill تنها به چگالی محدود نمی‌شود؛ نوع الگوی Infill نیز بر استحکام، صرفه‌جویی در مواد و حتی سرعت پرینت تأثیرگذار است. نرم‌افزارهای Slicer امروزی انواع مختلفی از الگوهای Infill را ارائه می‌دهند که بسته به نوع کاربرد می‌توانید بهترین گزینه را انتخاب کنید.

الگوهای رایج Infill:

1. الگوی خطوط (Lines): ساده‌ترین و سریع‌ترین الگو است که برای پرینت‌های ساده و سریع مناسب است.

2. الگوی شش‌ضلعی (Honeycomb): یکی از بهترین الگوها برای قطعات با استحکام متوسط، که مقاومت زیادی در برابر فشار و ضربه دارد.

3. الگوی شبکه (Grid): این الگو ترکیبی از خطوط افقی و عمودی است که استحکام بهتری نسبت به خطوط ساده ایجاد می‌کند.

4. الگوی مثلثی (Triangles): از خطوط مورب استفاده می‌کند و مقاومت قطعه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

5. الگوی گایروید (Gyroid): با استفاده از انحناهای پیچیده، این الگو ترکیب خوبی از استحکام و سبک بودن ایجاد می‌کند.

انتخاب الگوی Infill بر اساس نیاز

الگوی Infill ساختار و شکل ماده درون یک قطعه است. از خطوط ساده گرفته تا اشکال هندسی پیچیده‌تر، الگوهای Infill  می‌توانند بر استحکام، وزن، زمان پرینت و حتی انعطاف‌پذیری قطعه تأثیر بگذارند. در نرم‌افزارهای مختلف slicer، الگوهای زیادی برای Infill  وجود دارد. برای مثال، Cura (5.6)  دارای 14 الگوی مختلف Infill  است، در حالی که PrusaSlicer (2.7)  17 الگو و Simplify3D  6 الگو دارد. مانند چگالی  Infill، برخی از الگوها برای عملکردهای خاص مناسب‌تر از سایرین هستند. هر الگوی Infill  ویژگی‌های متفاوتی دارد، مانند پیچیدگی، بهره‌وری مواد و تعداد صفحات اتصال (2D  یا 3D). به عنوان مثال، الگوی gyroid  دیواره‌ها را در سه بعد به هم متصل می‌کند و استحکام کلی بیشتری فراهم می‌آورد. در نتیجه، این الگو نسبت به الگوهایی مانند خطوط، مواد بیشتری مصرف می‌کند.

کدام الگو را باید انتخاب کنم؟

مطمئن شوید که الگویی را انتخاب می‌کنید که مناسب نیازهای قطعه شما باشد. در اینجا مروری بر 14 گزینه رایج داریم:

• خطوط  (Lines) :  الگوی Infill  خطوط شامل خطوطی است که در یک جهت (یا در امتداد محور X یا Y) در هر لایه پرینت می‌شوند. این الگو فقط در دو بعد مستحکم است و برای پرینت‌های سریع مناسب است. الگوی خطوط مواد زیادی مصرف نمی‌کند و وزن قطعه را سبک نگه می‌دارد.
• شش‌ضلعی  (Honeycomb) :  همان‌طور که از نامش پیداست، این الگو ساختار شش‌ضلعی ایجاد می‌کند که ظاهری جذاب دارد. این الگوی Infill  برای پرینت‌های نیمه‌سریع که به استحکام متوسط نیاز دارند مناسب است و مصرف مواد آن زیاد نیست.
• شبکه  (Grid) :  الگوی Infill  شبکه مشابه به خطوط است، اما به جای خطوط یک‌بعدی در هر لایه ، شامل خطوط دو‌بعدی در هر لایه است که فاصله‌ای دو برابر بین خطوط وجود دارد. این الگو استحکام دو‌بعدی فراهم می‌کند اما همچنان نسبتاً قوی است. الگوی شبکه مصرف مواد متوسطی دارد و زمان پرینت آن نیز متوسط است.
• مثلث‌  (Triangles) :  الگوی مثلث‌ شبیه به خطوط مثلثی همپوشانی شده ای است که در سه جهت در صفحه  XY  پیش می‌روند. این الگوی Infill  فقط در دو بعد مستحکم است، اما برای پرینت‌هایی که به استحکام نیاز دارند، همچنان کارآیی دارد.

• مثلث-شش‌ضلعی  (Tri-hexagon) :  الگوی Infill  مثلث-شش‌ضلعی شامل مجموعه‌ای از خطوط است که در سه جهت در صفحه XY حرکت می‌کنند و الگوهای شش‌ضلعی با مثلث‌هایی در میان آنها ایجاد می‌کنند. این الگو استحکام دو‌بعدی فراهم می‌کند و برای پرینت‌های قوی گزینه مناسبی است.
• مکعبی  (Cubic) :  این الگو مکعب‌های شیب دار ایجاد می‌کند، اما به دلیل اینکه مکعب‌ها به‌طور 45 درجه حول محورهای X و Y چرخیده‌اند، در هر لحظه بیشتر شبیه مثلث به نظر می‌رسند. این الگو استحکام عالی در سه بعد فراهم می‌کند، اما مصرف مواد و زمان پرینت آن بیشتر از دیگر الگوها است.
• تقسیم مکعبی  (Cubic Subdivision) :  این الگو نسخه هوشمند الگوی مکعبی است که برای افزایش سرعت پرینت بدون قربانی کردن استحکام، مواد کمتری مصرف می‌کند. الگو از مکعب‌هایی با اندازه‌های مختلف تشکیل شده است، به طوری که مکعب‌های بزرگ‌تر در مرکز قطعه قرار دارند. باید به خاطر داشته باشید که تقسیم مکعبی ممکن است زمان Slice طولانی‌تری داشته باشد.
• مکعب چهارم  (Quarter Cubic) :  این الگو شامل تتراهدرون‌های کامل و تتراهدرون‌های ناقص است که منجر به Infill  مقاومی می‌شود که می‌تواند بارهای سنگین را به خوبی توزیع کند. این الگو برای قطعات نازک و کاربردی که به استحکام نیاز دارند مناسب است. با این حال، کیفیت سطح ممکن است تحت تأثیر فاصله پل ها قرار گیرد.

• رعد و برق  (Lightning) :  به عنوان یکی از جدیدترین الگوهای Infill  در نرم‌افزار Cura، رعد و برق اساساً ساپورت های داخلی است که از قسمت بالای قطعه پشتیبانی می‌کنند. این الگو با شناسایی نواحی داخلی که نیاز به استحکام اضافی برای موفقیت پرینت دارند، عمل می‌کند. الگوی حاصل شبیه به صاعقه‌های درختی است. این الگو منجر به پرینت‌های سریع می‌شود که مواد زیادی هدر نمی‌دهند و بهترین گزینه برای پرینت‌های نمونه‌ اولیه یا تزئینی است که به استحکام نیاز ندارند.
• صلیب  (Cross) :  این الگوی Infill  برای فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر ایده‌آل است و صلیب‌هایی درون قطعه ایجاد می‌کند. از آنجایی که خطوط بلند و مستقیم وجود ندارد، این الگو به قطعه اجازه می‌دهد تا پیچ و خم داشته باشد. با این حال، استحکام در امتداد محور Z باعث می‌شود که قطعه از نظر عمودی انعطاف‌پذیری کمتری داشته باشد.
• صلیب سه‌بعدی  (Cross 3D) :  برای از بین بردن استحکام عمودی در الگوی صلیب، از Cross 3D  استفاده کنید. نسخه سه‌بعدی نرم و انعطاف‌پذیر در تمام جهات است. تنها عیب آن این است که زمان برش طولانی‌تری دارد. مشابه الگوی صلیب، در این الگو هم نیازی به retraction  نیست که از بیرون زدگی فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر جلوگیری می‌کند.

• گایروید  (Gyroid) :  الگوی Infill  گایروید شاید از نظر ظاهری جذاب‌ترین باشد، اما همچنین می‌توان گفت که یکی از قوی‌ترین الگوهای Infill  است. این الگو شامل انحناهای نامنظم توخالی است که در نهایت به هم می‌رسند. هدف این الگو ایجاد تعادل بهینه بین استحکام، مصرف مواد و زمان پرینت است.
• اکتت  (Octet) :  الگوی Infill  اکتت مشابه الگوی مکعبی است، اما به جای مثلث‌های شیب‌دار، الگو به شکل مربع‌ها نمایان می‌شود. این الگوی Infill  سه‌بعدی نه تنها از نظر ظاهری بسیار جذاب است، بلکه برای قطعاتی که به استحکام نیاز دارند نیز کاربردی است.
• متمرکز  (Concentric) :  الگوی Infill  متمرکز یک ساختار داخلی است که از خطوط هم‌مرکز تشکیل شده و با خطوط محیطی قطعه (یعنی پیرامون‌ها) مطابقت دارد. این طراحی سریع پرینت می‌شود، برای قطعات انعطاف‌پذیر مناسب است و مواد کمتری نسبت به بیشتر الگوها مصرف می‌کند.

نکات کلیدی در انتخاب الگوی Infill و چگالی

علاوه بر الگو و چگالی، دو دسته دیگر از تنظیمات مهم Infill  وجود دارند: تنظیمات متغیر و الگوهای هنری. هر دو این گزینه‌ها به شما این امکان را می‌دهند که تنظیمات Infill  خود را به‌طور خلاقانه‌تری تنظیم کنید. در زیر توضیح هرکدام را آورده‌ایم.

تنظیمات متغیر
تنظیمات متغیر به شما این امکان را می‌دهند که چگالی Infill  را در حین پیشرفت پرینت و با تغییر لایه‌ها تنظیم کنید. به عنوان مثال، اگر بخواهید قسمت پایه یک قطعه دارای 10% Infill  تا لایه 30 باشد و سپس به 50% تغییر کند، تنظیمات متغیر این امکان را به شما می‌دهند. در اینجا منابعی برای یادگیری چگونگی انجام این کار در نرم‌افزارهای Simplify3D، PrusaSlicer  و Cura  آورده‌ایم:

• Simplify3D :  تنظیمات Infill  متغیر در Simplify3D  ساده است. برای یادگیری چگونگی انجام صحیح این کار، آنها راهنمایی‌هایی برای تغییر تنظیمات در بخش‌های مختلف یک مدل ارائه می‌دهند.
• PrusaSlicer :  امکان انجام تنظیمات متغیر وجود دارد، اما کمی پیچیده‌تر است. شما می‌توانید از الگوی Adaptive Cubic  استفاده کنید که به‌طور خودکار چگالی را بسته به نزدیکی Infill  به دیواره تنظیم می‌کند. برای کنترل بیشتر، می‌توانید از Modifiers  استفاده کنید.
• Cura :  اطلاعات زیادی در مورد این فرایند ارائه نشده است، اما این کار شامل استفاده از support blockers برای تغییر چگالی‌های Infill  است. می‌توانید بیشتر در مورد نحوه انجام این کار در انجمن UltiMaker  و Reddit  اطلاعات کسب کنید.

Infill هنری
استفاده از الگوهای Infill در هنر، روشی برای تبدیل این الگوها به آثار هنری است. این فرآیند برای ساخت گوشواره، آویز و سایر جواهرات و قطعات هنری ظاهری فوق‌العاده ایجاد می‌کند.برای انجام این کار، می‌توانید لایه‌های بالا و پایین را حذف کنید تا الگوهای Infill  نمایان شوند.

نتیجه گیری

اگر به دنبال نتیجه‌ای ایده‌آل هستید، ترکیب مناسب چگالی و الگوی Infill می‌تواند یک تفاوت بزرگ ایجاد کند. به عنوان مثال، می‌توانید در بخش‌هایی که نیاز به استحکام بیشتری دارید از چگالی بالاتر و در بخش‌های دیگر از الگوهای ساده‌تری استفاده کنید. این امر به کاهش زمان پرینت و مصرف مواد کمک خواهد کرد. همچنین، توجه داشته باشید که برخی از نرم‌افزارهای پیشرفته امکان تنظیم Infill به صورت متغیر را در نواحی مختلف قطعه فراهم می‌کنند، به طوری که می‌توانید در قسمت‌هایی از قطعه که نیاز به استحکام بیشتر دارند، چگالی بالاتری را تنظیم کنید و در بخش‌های دیگر از چگالی کمتری بهره ببرید.

با تشکر از توجه شما