Gyroid Infills를 사용한 3D 인쇄:알아야 할 모든 것!

3D 프린팅 커뮤니티의 대부분의 제조업체는 프로토타입과 생산 목적 모두를 위한 작업 부품을 생성할 때 올바른 충전 패턴과 비율을 선택하는 것이 중요하다는 것을 알고 있습니다.

최근 몇 년 동안 특정 기술 문제를 해결하기 위해 많은 새로운 패턴이 등장했습니다. 일부 패턴은 제작자의 도구 상자에서 제자리를 찾았고, 다른 패턴은 버려져 흥미로운 실험으로 기억됩니다.

Gyroid Infill의 존재를 알고 계실 것입니다. , 여러 요인으로 인해 흥미롭습니다. 자이로이드 패턴이 무엇이고 어떻게 유용한지 알아봅시다.

자이로이드 채우기 다른 모든 패턴과 달리 거의 등방성 구조인 입방 대칭이 가장 중요한 특징인 패턴입니다. 주요 이점은 낮은 충전 비율에서도 완전한 저항과 전반적인 강도입니다.

자이로이드 인필이란 무엇입니까?

대부분의 3d 인쇄된 개체는 주변과 상단/하단 레이어를 연결하는 내부 구조가 필요합니다. 이것이 슬라이싱 중에 채우기 패턴과 백분율을 설정하는 이유입니다. 모든 유형의 구조가 이를 처리할 수 있지만 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어, 줄 채우기 가해지는 힘이 채우기 라인을 따르지 않는 한 다른 패턴보다 빠르지만 상대적으로 약합니다.

제작자 커뮤니티가 특별한 디자인을 시도함에 따라 3d 인쇄된 부품을 채우는 새로운 방법이 통합되었습니다. 2017년에 자이로이드형 그래핀 구조에 대한 연구에서 이 형태가 조각에 탁월한 저항력을 제공한다는 사실이 밝혀졌습니다. 3D 프린팅에 적용하면 강성과 프린팅 속도를 동시에 겸비한 구조가 된다.

자이로이드 채우기 압출기의 지속적인 곡선 운동으로 만들어집니다. 그 결과 부드러운 움직임과 매우 일정한 필라멘트 증착이 이루어집니다.

그 저항은 종종 자연에서 영감을 받은 또 다른 채우기 패턴인 벌집 모양과 비교됩니다. 그들 사이의 주요 차이점은 구축 방법입니다. 벌집은 대부분의 충전재와 마찬가지로 모든 레이어에서 모양을 반복합니다. 따라서 Z축에서 압축 저항을 증가시켜야 하는 경우 더 높은 충전 비율을 설정해야 합니다. 자이로이드를 사용할 때 각 축에 대해 물체의 저항을 균등하게 분배하므로 채우기 비율이 더 효율적입니다. 기술적인 면에서 Gyroid Infill은 등방성에 가깝고 이것이 가장 큰 장점 중 하나입니다.

각 레이어에 따라 달라지는 또 다른 패턴은 입방 채우기입니다. 인쇄하는 동안 압출기가 상승함에 따라 작은 입방체를 형성합니다. 이것은 물체가 모든 방향에서 오는 압축력에 매우 강합니다. 어쨌든 Gyroid Infill 인쇄물에 전단 저항이 필요한 경우에도 더 좋습니다.

자이로이드란 무엇입니까

자이로이드는 기술적으로 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface)입니다. 이 표면은 자체 교차하지 않기 때문에 "미로"를 형성합니다. 3차원에서 단위 셀까지 세분할 수 있으므로 3D 프린터로 복제할 수 있습니다.

그래핀 구조에 사용하는 것 외에도 이 패턴은 슈퍼커패시터, 태양 전지 및 나노다공성 멤브레인에 적용됩니다. 나비의 날개에서도 유사한 패턴을 볼 수 있는데, 이는 나비의 가볍고 높은 저항을 설명합니다.

3D 프린팅과 관련하여 자이로이드의 가장 중요한 특성은 입방 대칭입니다. 이것은 수학적 의미에서 완전히 사실이 아니지만 등방성 구조로 간주할 수 있음을 의미합니다. 등방성 물체는 모든 방향에서 동일한 저항을 갖습니다. 다양한 채우기 패턴 중에서 자이로이드는 순수한 강도가 필요한 조각에 가장 적합합니다. 무게/강도 비율은 대부분의 알려진 패턴보다 훨씬 낮기 때문에 이 충전재를 사용하면 더 적은 재료로 더 큰 하중을 견딜 수 있습니다.

자이로이드 채우기의 속성

Gyroid Infill이 사용되기 시작한 이래로 많은 사용자들이 이 구조를 테스트하여 육각형 기반 구조인 벌집 패턴보다 우수한 특성을 보여주고 있습니다.

실험을 찾았습니다¹ 3d 인쇄된 막대에 전단력을 적용하여 다양한 충전재의 저항을 테스트했습니다. 이를 위해 라인, 벌집 모양 및 자이로이드와 같은 다른 채우기 패턴으로 3개의 동일한 막대가 인쇄되었습니다. 그런 다음 각 막대가 지지하는 최대 무게를 기록했습니다.

이 실험의 결론은 다음과 같았습니다.

자이로이드는 동일한 충전 비율을 사용할 때 전체적으로 가장 강력한 구조였습니다.
인쇄된 자이로이드 막대의 무게는 벌집 모양 막대보다 거의 10% 더 가볍습니다.
자이로이드 바의 프린팅 시간은 셋 중 가장 짧았다.

자이로이드 패턴은 더 강력하고 빠른 것으로 입증되었으며 다른 것보다 적은 재료를 사용합니다. 둘레를 고려하지 않으면 자이로이드의 무게는 벌집보다 거의 30% 가볍습니다. 따라서 큰 불편 없이 비용과 시간을 절약할 수 있습니다.

Gyroid Infill의 장점

등방성에 가깝습니다:

등방성 재료는 모든 방향에서 특성을 유지합니다. 가장 순수한 수학적 정의에서는 기술적으로 사실이 아니지만 세 축 모두에서 Gyroid Infill의 대칭은 모든 방향에서 저항을 균등화하는 데 도움이 됩니다.

선과 같은 일부 패턴은 힘이 채우기와 같은 방향에서 오는 경우에만 강도가 좋습니다. 다른 것들은 압축될 때 양호하지만 전단 응력에 약합니다. 자이로이드는 힘의 조합과 방향에 대한 저항력이 매우 뛰어납니다.

전반적으로 매우 강함

자이로이드 충전재는 너무 강해서 주변을 사용하지 않고도 인쇄할 수 있습니다. 일부 개체는 절대적으로 필요한 부분에만 둘레를 배치하여 설계됩니다. 다른 채우기 패턴은 주변에 "기울여야" 합니다. 그렇지 않으면 구조가 무너질 것입니다.

짧은 인쇄 시간

동일한 채우기 비율이 주어지면 자이로이드는 직선 패턴보다 2%에서 5% 더 빠르게 인쇄합니다. 대량 생산을 말할 때 이러한 가치는 중요합니다.

재료 소비 감소

또 다른 경제적 요인:더 적은 필라멘트로 더 강한 조각을 만들 수 있습니다. 벽 없이 인쇄가 가능하면서도 기능적이어서 더욱 무게를 줄일 수 있습니다.

멋진 충전재

개인 취향의 문제이지만 자이로이드 인필은 현재 사용 가능한 모든 패턴 중 가장 매력적인 것으로 간주될 수 있습니다. 많은 디자이너가 주변이 없는 꽃병, 유리잔 또는 냄비를 모델링하여 충전물을 노출했습니다. 결과는 나중에 살펴보겠지만 놀랍습니다.

같은 레이어에서 겹치지 않음

구조는 전체 레이어를 따라 선이 연속적이기 때문에 약점이 없습니다. 이는 또한 압출 문제 또는 노즐 막힘을 줄여줍니다.

방향과 무관합니다

특정 방향으로 개체를 인쇄해야 하는 경우가 있습니다. 그 방향은 최상의 저항을 얻는 데 필요한 것과 같지 않을 수 있습니다. 자이로이드 충전재를 사용하면 어느 방향에서든 동일한 저항을 가지므로 이 문제를 해결할 수 있습니다. 이 속성은 개체의 올바른 방향으로 더 적은 수의 지지대가 필요하므로 필라멘트 소비를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

더 약한 재료 사용을 고려할 수 있음

강력한 3D 프린팅 물체가 필요할 때 우리는 종종 ABS 또는 나일론이 강하고 저항력이 있기 때문에 확실한 선택이라고 생각합니다. 그러나 우리는 자이로이드 충전재를 사용하여 PLA 저항을 향상시켜 물체를 더 저렴하고 쉽게 인쇄할 수 있게 만들 수 있었습니다.

지지가 필요하지 않습니다.

모든 TPMS 자체 지원이 가능하므로 FDM 제조에 적합합니다.

물통 자체를 허용합니다.

전자 포장 또는 방열판과 같이 공기 또는 물의 흐름이 필요한 애플리케이션에 이 패턴을 사용할 수 있습니다.

Gyroid Infill의 단점

슬라이싱 시간 증가

이 요소는 종종 과소 평가되지만 저성능 컴퓨터에 의존해야 하는 경우 슬라이싱 시간이 과도할 수 있습니다. 생성된 G 코드는 일반적으로 자이로이드를 사용할 때 더 큽니다. 프린터가 USB를 통해 컴퓨터에 연결된 경우 인쇄가 실패할 수 있습니다.

충전 비율이 높을수록 프린터 진동이 상당히 높을 수 있음

자이로이드는 곡선으로 이루어져 있기 때문에 Extruder는 사방으로 많이 움직여야 합니다. 이것은 특히 고속에서 물체에 전달되는 원치 않는 진동을 생성합니다. 해결책은 압출기의 더 넓은 움직임을 달성하고 충전 속도를 늦추기 위해 충전 비율을 줄이는 것입니다. 이 패턴은 잘 작동하기 위해 많은 채우기가 필요하지 않다는 것을 기억하십시오.

자이로이드 채우기 슬라이서 설정

자이로이드 패턴의 주요 장점은 내성을 갖기 위해 많은 충전 비율이 필요하지 않다는 것입니다. 둘레가 2개이고 충전재가 10%인 작은 조각은 거의 10kg을 지지합니다. 백분율을 높이면 저항이 비선형 방식으로 증가합니다. 5% 채우기로 시작하여 더 많은 저항이 필요한 경우 채우기를 늘릴 수 있습니다.

인쇄 속도가 약간 더 빠를 수 있습니다. 어쨌든 지금까지 사용하던 것과 동일한 속도로 계속 사용하는 것이 좋습니다. 채우기 비율을 낮추고 이동 속도를 유지하면 인쇄 시간이 여전히 크게 단축되므로 안심하십시오.

슬라이서 설정에서 Gyroid를 찾을 수 없으면 Cura의 최신 버전을 다운로드하십시오. 이는 PrusaSlicer, Simplify3D 및 기타 인기 있는 슬라이서에도 적용됩니다.

자이로이드 인필을 사용한 창의적 사용

자이로이드의 흥미로운 모양으로 인해 이 패턴은 예술가와 제작자 모두의 관심을 끌었습니다. 자이로이드의 속성을 사용하여 복잡하고 흥미로운 부품을 만드는 방법을 살펴보겠습니다.

Dan O'Connell의 3D 인쇄 가능한 자이로이드

이 디자인은 외벽이 없는 단순한 큐브입니다. 이 조각으로 물체의 저항을 테스트하여 물체의 면에 무거운 물체를 놓을 수 있습니다. 또한 "미로"가 내부 구석에 정체되지 않고 물(또는 모든 유체)이 완전히 들어오고 나가는 것을 허용하는 방법을 볼 수 있습니다. 한 번도 본 적 없는 사람들에게 자이로이드 구조를 보여주기에 딱 좋은 작품입니다.

Greg의 3D 인쇄 가능한 자이로이드 램프

자이로이드 패턴의 구형 램프. 자이로이드는 표면(기술적으로 본체가 아님)이므로 램프의 빛이 통과할 수 있습니다. 또한 구조적 저항은 램프를 직접적인 충격으로부터 보호합니다. PETG와 같은 반투명 소재로 인쇄하면 멋지게 보입니다.

PlasticPasta 3D의 3D 인쇄 가능한 자이로이드 책갈피

이 디자인(책갈피)은 자이로이드의 높은 강도와 구조적 아름다움을 결합합니다. 이 채우기 패턴을 사용하여 친숙한 물체의 미학을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 반면에 책과 괴상한 것들은 아주 잘 어울립니다...

Alexander의 3D 인쇄 가능한 자이로이드 선반 브래킷

이 선반 브래킷은 67g의 재료를 사용하여 20kg 이상의 무게를 지지하도록 설계되었습니다! 20권이 넘는 책입니다. 3D 프린팅이 여전히 할 말이 있음을 보여줍니다.

또한 '뼈 스펀지'는 흰색으로 인쇄하면 멋져 보입니다...

자이로이드를 시도하면 되돌릴 수 없습니다. 높은 강도, 낮은 무게, 짧은 인쇄 시간, 제작자가 원하는 모든 것!

결론

기술적인 세부 사항과 Gyroid Infill의 예술적 적용을 거친 후에 이 패턴에 대해 내가 가지고 있는 놀라움을 최소한 조금이라도 전달할 수 있기를 바랍니다. 이미 이 패턴을 기본 채우기로 사용하고 있지만 여전히 모양과 속성에 압도됩니다. 사용을 시작하거나 최소한 사용해 보는 것이 좋습니다!