填充如何影响3D打印模型？

我们认为自己知道填充能对3D打印模型产生重大影响，但一项新研究调查了填充是如何影响3D打印模型的，该研究表明，当涉及到拉伸强度时，填充对模型产生的影响并没有我们想象的那么大。



在Miguel Fernandez Vicente、Wilson Calle、Santiago Ferrandiz和Andres Conejero的带领下，巴仑西亚理工大学（Universitat Politècnica de Valencia）和厄瓜多尔UPS大学（Universidad Politecnica Salesiana del Ecuador）合作进行了这项研究。

该研究的前提是，很多开源3D打印件都有一个填充设计，这样的填充设计会优先考虑节省资金和材料。填充通常是一种骨骼或细胞结构，这些结构能为产品提供必要的支撑，同时也允许你为一件3D产品制造更薄的外壁。

当然，填充本身是一个复杂的方程。为了得到更坚固的产品，你可以选择更结实的填充，尽管这样会对每个产品的打印时间、重量和成本产生明显的影响。

因此，很多人选择了尽可能最轻的填充物，其本质上是一系列轻量级支架。新研究提出了两个关键的问题：填充上优先考虑节省时间和材料是正确的吗？填充模式的改变能产生很不一样的效果吗？



在这项研究中，研究团队采用了可靠的装有Slic3r软件的i3 RepRap Prusa 3D打印机，使用的线材是标准的3毫米的ABS。该研究发现，改变填充模式确实对3D打印件的拉伸强度有影响，但他们成功地产生了一个小于5%的变化。传统的蜂窝模式是最坚固的，但研究团队不能排除是塑料的沉积导致了这样的坚固。

尽管如此，这样的发现仍然是有重要意义的。那些需要最大限度地提高每一个打印件强度的公司或个人因此可以好好地阅读这项研究，并采用蜂窝结构，但这并不是研究人员所期望的那种深远影响。研究团队发现，一种类似墙上的砖一样直线模式能产生最好的好效果，其产生拉伸强度为36.4兆帕，这样的拉伸强度只比ABS原材料的拉伸强度小不到1%，最能影响拉伸强度和打印件的机械性能的似乎是空气填充、光栅角度或者填充的结合角度。

机械强度是一个复杂的方程，研究团队以多种方式测试了ABS线材，先分析了ABS的介孔结构，然后再分析了一根未使用的ABS线材的拉伸强度。聚合物链的排列方向也是机械强度一个不可或缺的组成部分，而这是与一个基于层压理论的数学模型连在一起的。

借此，研究团队发现，产品填充的空隙确实会对机械性能产生深远的影响，填充结构的角度甚至可以改变产品的韧脆。该研究使凸显了之前由Baich和Manogharan进行的一项研究，那项研究揭示了以下事实：固体填充更加牢固，其成本与双密度填充是一样的。如果我们真正能掌握填充的话，我们可以让一个软件程序为每个打印件生成自定义填充模式，以此来优化产品的拉伸强度、重量和打印时间。

有一天，填充可能会变得和3D打印件中你能看得见的那部分一样重要。随着商业组织对3D打印的采用，这将是一门越来越重要的科学。但是现在，如果你想快速地利用这项研究从而选择采用直线或蜂窝填充结构，请确保不要吝啬填充材料，如果你想得到一个牢固的产品的话。