3D-printen met Gyroid Infills:alles wat je moet weten!

De meeste makers in de 3D-printgemeenschap zijn zich bewust van het belang van het kiezen van een correct opvulpatroon en percentage als het gaat om het maken van werkende onderdelen voor zowel prototypes als productiedoeleinden.

De afgelopen jaren zijn er veel nieuwe patronen ontstaan ​​om specifieke technische problemen aan te pakken. Sommige patronen vonden hun plaats in de gereedschapskist van de maker, terwijl andere werden weggegooid en worden herinnerd als een interessant experiment.

U bent wellicht op de hoogte van het bestaan ​​van de Gyroid Infill , wat interessant is vanwege meerdere factoren. Laten we eens kijken wat het gyroid-patroon is en hoe het nuttig is.

De Gyroid Infill is een patroon waarvan het belangrijkste kenmerk de kubische symmetrie is, die in tegenstelling tot alle andere patronen een bijna isotrope structuur is, wat betekent dat het even goed bestand is tegen krachten die uit alle richtingen komen. Het belangrijkste voordeel is de enorme weerstand en algehele sterkte, zelfs bij lagere vullingspercentages.

Wat is een Gyroid Infill?

De meeste 3D-geprinte objecten hebben een interne structuur nodig die perimeters en boven- en onderlagen met elkaar verbindt. Daarom stellen we tijdens het snijden een invulpatroon en percentage in. Elk type structuur kan dit aan, maar elk heeft zijn eigen voor- en nadelen. Bijvoorbeeld de Lijnvulling is sneller maar relatief zwakker dan de andere patronen, tenzij de krachten die erop worden uitgeoefend de opvullijnen volgen.

Terwijl de makersgemeenschap speciale ontwerpen uitprobeerde, werden nieuwe manieren toegevoegd om 3D-geprinte onderdelen te vullen. In 2017 toonden studies aan grafeenstructuren van het gyroid-type aan dat deze vorm de stukken een uitzonderlijke weerstand gaf. Bij toepassing op 3D-printen resulteert dit in een structuur die zowel stijfheid als printsnelheid combineert.

De Gyroid Infill wordt gemaakt met continue kromlijnige bewegingen van de extruder. Dat resulteert in een vloeiende beweging en een zeer constante filamentafzetting.

De weerstand wordt vaak vergeleken met die van honingraat, een ander opvulpatroon geïnspireerd door de natuur. Het belangrijkste verschil tussen hen is hoe ze zijn gebouwd. Honingraat herhaalt, zoals de meeste vullingen, zijn vorm in elke laag. Dat dwingt je om een ​​hoger vullingspercentage in te stellen als je de compressieweerstand op de Z-as moet verhogen. Wanneer u gyroid gebruikt, verdeelt u de weerstand van het object gelijkmatig over elke as, zodat het opvullingspercentage efficiënter is. Technisch gezien is de Gyroid Infill bijna isotroop, wat een van de grootste voordelen is.

Een ander patroon dat per laag varieert, is de kubische vulling. Het vormt kleine kubussen terwijl de extruder tijdens het printen opstijgt. Dit maakt het object zeer goed bestand tegen drukkrachten die uit alle richtingen komen. Hoe dan ook, de Gyroid Infill is ook beter in gevallen waar uw afdruk afschuifweerstand vereist.

Wat is een gyroide

Een gyroid is technisch gezien een drievoudig periodiek minimaal oppervlak (TPMS). Deze oppervlakken kruisen elkaar niet zelf en vormen hierdoor een 'doolhof'. Ze kunnen worden onderverdeeld tot een eenheidscel in drie dimensies, zodat ze kunnen worden gerepliceerd in een 3D-printer.

Naast het gebruik in grafeenstructuren, heeft dit patroon toepassingen in supercondensatoren, zonnecellen en nanoporeuze membranen. Soortgelijke patronen zijn te zien op de vleugels van vlinders, wat hun lichtgewicht en hoge weerstand verklaart.

De belangrijkste eigenschap van de gyroid in relatie tot 3D-printen is zijn kubieke symmetrie. Dit betekent dat, hoewel het in wiskundige zin niet helemaal waar is, we het als een isotrope structuur kunnen beschouwen. Een isotroop object heeft in elke richting dezelfde weerstand. Van de verschillende opvulpatronen is gyroid het meest geschikt voor stukken die pure kracht vereisen. De verhouding gewicht/sterkte is veel lager dan bij de meeste bekende patronen, dus een stuk met deze vulling is bestand tegen grotere belastingen met minder materiaal.

Eigenschappen van Gyroid-invulling

Sinds de Gyroid Infill in gebruik is genomen, hebben veel gebruikers deze structuur op de proef gesteld om te laten zien of het echt superieure eigenschappen heeft ten opzichte van het honingraatpatroon, een structuur gebaseerd op zeshoeken.

Ik heb een experiment gevonden ¹ die de weerstand van verschillende vullingen testte door een schuifkracht uit te oefenen op 3D-geprinte staven. Hiervoor werden drie identieke staven geprint, met verschillende opvulpatronen:lijnen, honingraat en gyroid. Het maximale gewicht dat door elke staaf werd ondersteund, werd vervolgens geregistreerd.

De conclusies van dit experiment waren als volgt:

• De gyroide was over het algemeen de sterkste structuur bij gebruik van hetzelfde opvulpercentage.
• Het gewicht van de bedrukte gyroid-staaf was bijna 10% lichter dan de honingraatstaaf.
• De afdruktijd van de gyroid-balk was de kortste van de drie.

Het is bewezen dat het gyroid-patroon sterker en sneller is, en het gebruikt minder materiaal dan de andere. Als we geen rekening houden met de omtrek, is het gewicht van de gyroid bijna 30% lichter dan dat van de honingraat. Het bespaart dus geld en tijd zonder grote ongemakken.

Voordelen van Gyroid Infill

Bijna isotroop:

Een isotroop materiaal behoudt zijn eigenschappen in elke richting. Hoewel technisch niet waar in de zuiverste wiskundige definitie, helpt de symmetrie van de Gyroid Infill in alle drie de assen om de weerstand in elke richting gelijk te maken.

Sommige patronen, zoals lijnen, hebben alleen een goede sterkte als de krachten uit dezelfde richting komen als de vulling. Anderen zijn goed wanneer ze worden samengedrukt, maar zwak tegen schuifspanningen. De gyroide heeft een zeer goede weerstand tegen elke combinatie en richting van krachten.

Over het algemeen erg sterk

De gyroid-infill is zo sterk dat het zelfs kan worden afgedrukt zonder perimeters te gebruiken. Sommige objecten zijn ontworpen door perimeters alleen in absoluut noodzakelijke delen te plaatsen. De andere opvulpatronen moeten op de randen "leunen", anders zou hun structuur instorten.

Kortere afdruktijden

Bij hetzelfde opvullingspercentage drukt de gyroid 2% tot 5% sneller af dan het rechtlijnige patroon. Als we het hebben over massaproductie, zijn deze waarden significant.

Minder materiaalverbruik

Een andere economische factor:met minder filament kan een sterker stuk worden gemaakt. Omdat het zonder muren kan worden geprint terwijl het functioneel is, zou je het gewicht nog meer kunnen verminderen.

Knappe vulling

Hoewel het een kwestie van persoonlijke smaak is, kan de gyroid-infill als de meest aantrekkelijke van alle momenteel beschikbare patronen worden beschouwd. Veel ontwerpers hebben vazen, glazen of potten zonder rand gemodelleerd, waardoor de vulling zichtbaar is. De resultaten zijn verbluffend, zoals we later zullen zien.

Overlappen elkaar niet op dezelfde laag

De structuur heeft geen zwakke punten omdat de lijnen continu zijn samen met de hele laag. Dit vermindert ook extrusieproblemen of verstopping van de spuitmonden.

Het is oriëntatie-onafhankelijk

Soms moet u het object met een specifieke richting afdrukken. Die oriëntatie is misschien niet hetzelfde als de vereiste om de beste weerstand te krijgen. Met een gyroid-infill kun je dit probleem oplossen, omdat het in elke richting dezelfde weerstand heeft. Deze eigenschap kan helpen om het filamentverbruik te verminderen, omdat je minder steunen nodig hebt bij een juiste oriëntatie van het object.

Hiermee kun je overwegen om zwakkere materialen te gebruiken

Wanneer we een sterk 3D-geprint object nodig hebben, denken we vaak aan ABS of Nylon als de voor de hand liggende keuze, omdat ze sterk en resistent zijn. Maar we kunnen de PLA-weerstand verbeteren door een gyroid-infill te gebruiken, waardoor het object goedkoper en gemakkelijker te printen is.

Het heeft geen ondersteuning nodig

Elke TPMS is zelfvoorzienend van aard, waardoor ze perfect zijn voor FDM-productie.

Het laat zelf vloeistoffen door

U kunt dit patroon gebruiken voor toepassingen die lucht- of waterstroom vereisen, zoals elektronische verpakkingen of koellichamen.

Nadelen van Gyroid Infill

Hogere snijtijden

Hoewel deze factor vaak wordt onderschat, kan de snijtijd buitensporig zijn als we moeten vertrouwen op een computer met lage prestaties. De gegenereerde G-codes zijn meestal groter bij gebruik van de gyroid. Hierdoor kunnen afdrukken mislukken wanneer de printer via USB op de computer is aangesloten.

Printertrillingen kunnen behoorlijk hoog zijn bij hogere opvulpercentages

Omdat de gyroid wordt gevormd door bochten, moet de extruder veel in alle richtingen bewegen. Dit produceert ongewenste trillingen die vooral bij hoge snelheid op het object worden overgedragen. De oplossing is om het infill-percentage te verlagen om bredere extruderbewegingen te bereiken en de infill-snelheid te vertragen. Onthoud dat dit patroon niet veel opvulling nodig heeft om goed te werken.

Gyroid infill slicer-instellingen

Het belangrijkste voordeel van het gyroid-patroon is dat het niet veel infill-percentage nodig heeft om resistent te zijn:een klein stukje met 2 omtrekken en 10% infill ondersteunt bijna 10 kg. Als u het percentage verhoogt, neemt de weerstand op een niet-lineaire manier toe. U kunt beginnen met een opvulling van 5% en deze verhogen in gevallen waar meer weerstand nodig is.

De afdruksnelheid kan iets hoger zijn. Hoe dan ook, ik raad je aan om dezelfde snelheid te blijven gebruiken als je hebt gebruikt. U kunt er zeker van zijn dat door het infill-percentage te verlagen en de bewegingssnelheid te handhaven, de afdruktijd nog steeds aanzienlijk wordt verkort.

Als je Gyroid niet kunt vinden in je slicer-instellingen, download dan de nieuwste versie van Cura. Dit geldt ook voor PrusaSlicer, Simplify3D en andere populaire slicers.

Creatief gebruik met Gyroid Infills

Vanwege de interessante vorm van een gyroid heeft dit patroon de aandacht getrokken van zowel kunstenaars als makers. Laten we eens kijken hoe de eigenschappen van gyroid kunnen worden gebruikt om complexe en interessante onderdelen te maken:

3D-afdrukbare gyroid door Dan O'Connell

Dit ontwerp is gewoon een kubus zonder buitenmuren. Met dit stuk kunnen we de weerstand van het object testen, door zware objecten op elk van zijn vlakken te plaatsen. Het stelt je ook in staat om te zien hoe het "labyrint" het water (of welke vloeistof dan ook) toelaat om volledig naar binnen en naar buiten te gaan, zonder te stagneren in een of ander intern hoekje. Het is een ideaal stuk om de gyroid-structuur te laten zien aan degenen die er nog nooit een hebben gezien.

3D-afdrukbare Gyroid-lamp van Greg

Een bolvormige lamp met een gyroide patroon. Omdat de gyroid een oppervlak is (technisch gezien is het geen lichaam), laat het het licht van de lamp door. Bovendien beschermt de structurele weerstand de lamp tegen directe treffers. Het ziet er geweldig uit wanneer het wordt bedrukt met doorschijnende materialen, zoals PETG.

3D-afdrukbare Gyroid-bladwijzer door PlasticPasta 3D

Dit ontwerp (een bladwijzer) combineert de hoge sterkte van de gyroide met zijn structurele schoonheid. Het laat zien dat dit invulpatroon kan worden gebruikt om de esthetiek van bekende objecten te verbeteren. Aan de andere kant gaan boeken en nerdy dingen heel goed samen…

3D-afdrukbare Gyroid-plankbeugel van Alexander

Deze planksteun is ontworpen om gewichten van meer dan 20 kg te dragen, met slechts 67 g materiaal! Dat zijn meer dan 20 boeken. Het laat zien dat 3D-printen nog steeds iets te zeggen heeft.

Bovendien ziet de "bottenspons"-look er geweldig uit wanneer deze in wit wordt afgedrukt ...

Als je eenmaal de gyroid hebt geprobeerd, is er geen weg meer terug. Hoge sterkte, laag gewicht en kortere printtijden, alles wat een maker wil!

Conclusie

Nadat ik de technische details en de artistieke toepassingen van de Gyroid Infill heb doorgenomen, hoop ik dat ik op zijn minst een beetje van de verbazing die ik heb voor dit patroon kan overbrengen. Hoewel ik dit patroon al als mijn standaardinvulling gebruik, ben ik nog steeds verbluft door de manier waarop het eruit ziet en de eigenschappen die het heeft. Je moet zeker overwegen om het te gaan gebruiken of het in ieder geval eens te proberen!

Bekijk onze sectie met aanbevolen producten

We hebben een sectie met aanbevolen producten gemaakt waarmee u het giswerk kunt verwijderen en de tijd kunt verminderen die u besteedt aan het onderzoeken van welke printer, filament of upgrades u moet krijgen, omdat we weten dat dit een zeer ontmoedigende taak kan zijn en over het algemeen tot veel verwarring leidt .

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we goed vinden voor zowel beginners als gevorderden, en zelfs experts, waardoor de beslissing gemakkelijker wordt, en de filamenten, evenals de vermelde upgrades, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd , zodat u weet dat welke u ook kiest, zal werken zoals bedoeld.