Экономное заполнение в Ultimaker Cura!

Несколько приёмов, позволяющих ускорить 3д печать и сэкономить филамент! Кура позволяет использовать динамическую плотность шаблона, формировать внутренние поддержки и печатать заполнение поверх мостов, задавать отдельным частям модели различные настройки плотности и рисунка, и даже печатать модели без заполнения. 

Равномерное заполнение с разумной плотностью шаблона зачастую недостаточно поддерживает слои оболочки, что приводит к необходимости утолщения крышки, дна и стенок, и одновременно позволяет настольным моделям сов и лисиц пережить чуть ли не наезд автомобиля. Инструментарий Cura позволяет значительно сократить расход пластика, руководствуясь принципами достаточности при формировании внутренних структур.

Если текстом, то как всегда, в настройках отключаем пункт "автоматически опускать модели на стол" (preferences > configure cura > general > 'off' automatically drop models to the build plate), и включаем видимость всех доступных параметров (settings > all).

Очевидное- невероятное, геометрия некоторых моделей позволяет печатать вообще без заполнения. Если линии периметров недостаточно перекрывают друг друга, для соблюдения заданного количества слоёв крыши и дна слайсер добавляет на внутренней поверхности некоторый "балкон", позволяющий нарастить толщину нависающей стенки. Он удерживается за счет нахлеста с периметром, и печатается частично в воздухе. Поэтому в ветке "дно и крышка" (Top/ Bottom) желательно обнулить "количество внешних дополнительных оболочек" (Extra skin wall count), немного увеличить "перекрыие оболочек" (Skin overlap), а также поставить шаблон "зиг-заг", при котором экструзия не прерывается.

Печать таких заплаток можно ограничить настройкой "Ширина удаляемой оболочки" (Skin removal width), которая удалит все области оболочки уже указанного размера (при этом, обратите внимание, что под нож попадут и полноценные горизонтальные поверхности малой ширины).

Полезным может оказаться параметр "Дистанция расширения оболочки" (Skin expand distance). Оболочка будет расширена вглубь заполнения, что позволит обеспечить лучшую опору для стенок, при отсутствии или недостаточной плотности заполнения. Интересная хитрость: на террасе фигуры зона оболочки (по- сути крыша) не обеспеченна какой-либо опорой, но деталь всё еще можно напечатать без заполнения. Для этого расширим оболочку до внешних периметров модели. Параметр "минимальная ширина оболочки при расширении" (Minimum skin width for expansion) позволяет воздействовать только на области оболочки, которые шире определенного значения. Теперь терраса не висит в воздухе, а цепляется за внешний контур модели. К слову, горизонтальные пролеты могут быть напечатаны в виде мостов, об этом чуть позже.

Большинство моделей всё-таки требуют полноценной печати внутренних структур, однако их настройки можно здорово оптимизировать.

Для замкнутых областей модели с площадью горизонтального сечения меньше заданного параметром "минимальная область заполнения" (Minimum infill area), шаблон заполнения заменяется на сплошную заливку. Это позволяет упрочнить тонкие элементы модели, не увеличивая общую плотность заполнения во всей детали.

Опция "поддержка заполнения" (Infill support) позволяет исключить места, где стенки нависают под допустимым углом и основание для печати верхних элементов не требуется. Материал экономится, но оторванное от стенок и разбросанное островками заполнение может быть менее устойчивым.

Опция "изменение шага заполнения" (Gradual infill steps) позволяет уменьшать плотность шаблона от верхней поверхности к основанию заданное количество раз. Приемлемо генерируется только при гладкой форме крыши, т.к. поверхность перехода повторяет её геометрию. Но для нагруженных деталей стоит обратить внимание на шаблон заполнения "Динамический куб" (Cubic subdivision). В нем также реализована идея изменяемой плотности. Кубики, на принятом удалении от поверхности объединяются, что позволяет избавиться от областей заполнения, наименее включаемых в сопротивление внешним воздействиям.

Теперь веселее! Не обязательно работать с заполнением только параметрически. Для вспомогательной детали на панели слева в "параметрах модели" (Per model settings) выбираем модификатор "изменить настройки для перекрытий" (Modify settings for overlaps) с пунктом "заполнение объекта" (Infill mesh only). Деталь-модификатор, при пересечении с нормальной моделью заменяет собою область её заполнения, не затронув стенки и оболочку. Переопределяя параметры отдельно для детали-модификатора (Select settings) можно изменить большинство настроек для обособленной области заполнения, в том числе плотность и шаблон, добавить стенки и крышу и т.д. пользуйтесь поиcком. В качестве болванки можно использовать блокировщик поддержек, но всё же неплохо иметь под рукой набор геометрических примитивов для этого дела, можно одолжить мои или, например, по-быстрому вытащить из www.tinkercad.com

Несколько примеров. Охватив геометрию деталью-модификатором с отключенным заполнением (количество стенок, дна и крыши = 0, плотность заполнения = 0) можно удалить отдельные участки заполнения.

Погрузив подходящую болванку в рабочую модель можно удалить балластную область заполнения, сохранив при этом высокую плотность шаблона там, где это необходимо (или задать любые другие параметры для обособленного объема заполнения нормальной детали)

В Куре есть крайне полезная функция- печать мостов поверх заполнения. Печать первого нависающего слоя крыши с настройками мостов сильно улучшает качество поверхности, позволяет сократить плотность заполнения, а в некоторых случаях даже отказаться от него полностью. Задействуем графу "Активация настроек мостиков" (Enable bridge settings) в ветке "экспериментальное". В поле "максимальная плотность разреженного заполнения мостика" (Bridge sparse infill max density) ставим что-нибудь крупное, допустим 50%. Это означает, что если плотность заполнения модели ниже этого значения, то оболочка над заполнением будет печататься с настройками мостика. Важно, значение плотности заполнения (infill desinty) не должно быть нулевым, иначе настройка не заработает (впрочем, для наших особых целей можно поставить 0.1% и задать смещение шаблона заполнения за пределы модели по координатам). 

Интерес представляет также следующее качественное применение мостов. Промаркируем деталь-модификатор заполнения отличными от общих параметрами, добавим по одному слою крыши и дна и посмотрим как работает перекрытие с нормальной моделью. Если в верхнем слое болванка полностью охватывает нормальную деталь, в качестве моста будет напечатана только дно модифицированного заполнения, в большинстве случаев этого достаточно. Если модификатор погружен в основную деталь частично, то мостами напечатаются и крыша и дно.

В предыдущей статье обсуждалась логика слайсинга пересекающихся моделей. Применительно к текущему вопросу, всё в точности да наоборот, не спрашивайте почему. Деталь с модификатором заполнения загруженная в рабочее поле раньше (1) замещается геометрией загруженной после неё (2). Но речь только про линии относящиеся к заполнению. Модифицированные стенки и оболочка подменяются в обратном порядке, по старой логике. Собственно это полезно если нужно скомбинировать несколько типов заполнения, или вырезать объем из уже измененной области.

Шаблон "молния" (Infill pattern "lightning") весьма неплохо оптимизирует расход материала, однако тонкостенные структуры генерируются с одинаковой плотностью, что дает (как впрочем и с любым другим шаблоном) избыток поддержки в одних местах, и шаткую опору в других. Выйти из ситуации можно создав по тому же принципу собственную внутреннюю поддержку требуемой прочности в нужном месте. Принцип простой, ориентируем модель под допустимым нависающим углом, добавляем модификатору стенку через параметр "количество дополнительных стенок заполнения" (Extra infill wall count), и увеличиваем "перекрытие заполнения" (infill overlap), чтобы прилепить импровизированную поддержку к внутренним стенкам модели.

При всей полезности такого подхода, даже если внешние периметры обеспечивают достаточную прочность и структурную целостность модели, при печати можно столкнуться с дефектами. Массивные элементы могут сместиться под своим весом, тонкие и высокие стенки начать колебаться хоть от потоков воздуха, свой вклад внесет и усадка, так что к выбору количества периметров и характера внутренних структур стоит подходить с аккуратностью, чтобы избежать провалов и ступенек на поверхности. Настройки мостов для вспомогательных деталей желательно скорректировать, чтобы организовать некоторое провисание нитей, ведь будучи натянутыми как струны, они могут сместить тонкие стенки, на которые опираются.

Ну, вроде бы и всё, если что- то упустил, дополняйте, спасибо за внимание! И помните, всем плевать на внутренний мир)