使用 Gyroid Infills 进行 3D 打印：您需要知道的一切！

3D 打印社区中的大多数制造商都意识到在为原型和生产目的创建工作部件时选择正确的填充图案和百分比的重要性。

近年来，为了解决特定的技术问题，出现了许多新模式。一些图案在制造者的工具箱中找到了自己的位置，而另一些则被扔掉并被记住是一个有趣的实验。

您可能知道Gyroid Infill的存在 ，这很有趣，因为有多种因素。让我们来了解一下陀螺仪模式是什么以及它有什么用处。

Gyroid Infill 是一种图案，其最重要的特征是其立方对称性，与所有其他图案相比，它是一种几乎各向同性的结构，这意味着它同样能够抵抗来自各个方向的力。它的主要优点是它的绝对阻力和整体强度，即使在较低的填充百分比下也是如此。

什么是 Gyroid Infill？

大多数 3D 打印对象需要连接周边和顶层/底层的内部结构。这就是我们在切片期间设置填充模式和百分比的原因。任何类型的结构都可以处理这个问题，但每种结构都有自己的优点和缺点。例如，Lines Infill 比其他图案更快但相对较弱，除非施加在其上的力遵循填充线。

随着制造商社区尝试特殊设计，填充 3D 打印部件的新方法被纳入其中。 2017 年，对陀螺型石墨烯结构进行的研究表明，这种形状赋予了这些碎片非凡的抵抗力。当应用于 3D 打印时，这会产生一种结合了刚度和打印速度的结构。

Gyroid Infill 由挤出机的连续曲线运动制成。从而实现平稳的运动和高度恒定的细丝沉积。

它的阻力经常被比作蜂窝的，另一种受自然启发的填充图案。它们之间的主要区别在于它们的构建方式。蜂窝，像大多数填充物一样，在每一层都重复它的形状。如果您需要增加 Z 轴的抗压性，这会迫使您设置更高的填充百分比。使用陀螺仪时，您可以平均分配每个轴的对象阻力，因此填充百分比更有效。从技术上讲，Gyroid Infill 接近于各向同性，这是它最大的优势之一。

每一层都不同的另一种模式是立方填充。当挤出机在打印过程中上升时，它会形成小立方体。这使得物体对来自各个方向的压缩力具有很强的抵抗力。无论如何，Gyroid Infill 在您的印刷品需要抗剪切性的情况下也更好。

什么是陀螺仪

陀螺仪在技术上是三周期最小表面（TPMS）。这些表面不会自相交，因此它们形成了一个“迷宫”。它们可以在三个维度上细分为一个单元格，因此可以在 3d 打印机中进行复制。

除了在石墨烯结构中的应用外，这种图案还在超级电容器、太阳能电池和纳米多孔膜中得到应用。在蝴蝶的翅膀上也可以看到类似的图案，这解释了它们的重量轻且抵抗力高。

与 3D 打印相关的陀螺仪最重要的特性是它的立方对称性。这意味着，尽管在数学意义上并不完全正确，但我们可以将其视为各向同性结构。各向同性物体在任何方向上都具有相同的阻力。在不同的填充图案中，gyroid 最适合需要绝对强度的部件。它的重量/强度比远低于大多数已知图案，因此具有这种填充物的部件可以用更少的材料承受更大的负载。

Gyroid 填充物的属性

自 Gyroid Infill 开始使用以来，许多用户对这种结构进行了测试，以证明它是否真的比基于六边形的蜂窝状结构具有更优越的性能。

我找到了一个实验 ¹ 通过对 3D 打印条施加剪切力来测试不同填充物的阻力。为此，打印了三个相同的条，具有不同的填充图案：线条、蜂窝和陀螺。然后记录每根钢筋支撑的最大重量。

本实验的结论如下：

• 在使用相同填充百分比时，陀螺仪是整体上最坚固的结构。
• 印刷陀螺棒的重量比蜂窝棒轻了近 10%。
• 陀螺棒的打印时间是三者中最短的。

gyroid 模式被证明更强大、更快，并且比其他模式使用更少的材料。如果不考虑周长，陀螺仪的重量比蜂窝体轻近 30%。因此，它可以节省金钱和时间，而不会带来很大的不便。

Gyroid Infill 的优点

接近各向同性：

各向同性材料在任何方向上都保持其特性。尽管在最纯粹的数学定义中技术上并不正确，但 Gyroid Infill 在所有三个轴上的对称性有助于均衡其在任何方向上的阻力。

某些图案（例如线条）只有在力来自与填充物相同的方向时才具有良好的强度。其他的在压缩时很好，但对剪切应力较弱。陀螺对任何力的组合和方向都有很好的抵抗力。

整体非常强

gyroid 填充物非常坚固，甚至可以在不使用周长的情况下打印。有些对象是通过仅在绝对必要的部分中定位周长来设计的。其他填充图案需要“倾斜”在周边，否则它们的结构会崩溃。

打印时间更短

给定相同的填充百分比，陀螺仪的打印速度比直线模式快 2% 到 5%。当我们谈到量产时，这些价值意义重大。

材料消耗少

另一个经济因素：用更少的灯丝可以制造出更耐用的部件。由于它可以在没有墙壁的情况下打印，同时具有功能性，您可以进一步减轻它的重量。

好看的填充

虽然这是个人品味的问题，但陀螺填充物可以被认为是目前所有可用图案中最具吸引力的。许多设计师对没有周长的花瓶、玻璃杯或花盆进行建模，露出填充物。结果令人惊叹，我们稍后会看到。

不要在同一层重叠

该结构没有弱点，因为它的线条与整个层都是连续的。这也减少了挤出问题或喷嘴堵塞。

方向无关

有时您需要打印具有特定方向的对象。该方向可能与获得最佳阻力所需的方向不同。使用 gyroid 填充物，您可以解决这个问题，因为它在任何方向上都具有相同的阻力。此属性可能有助于减少灯丝消耗，因为您需要较少的支撑和正确的对象方向。

允许您考虑使用较弱的材料

当我们需要坚固的 3D 打印物体时，我们通常认为 ABS 或尼龙是显而易见的选择，因为它们坚固耐用。但我们可以通过使用 gyroid 填充物来提高对 PLA 的抵抗力，使物体更便宜、更容易打印。

不需要支撑

每一个胎压监测系统 本质上是自支撑的，非常适合 FDM 制造。

它允许液体通过自身

您可以将此模式用于需要空气或水流的应用，例如电子封装或散热器。

Gyroid Infill 的缺点

更高的切片时间

尽管这个因素经常被低估，但如果我们不得不依赖低性能的计算机，切片时间可能会过长。使用陀螺仪时生成的 G 代码通常更大。当打印机通过 USB 连接到计算机时，这可能会导致打印失败。

在较高的填充百分比下，打印机振动可能会非常高

由于陀螺是由曲线形成的，因此挤出机必须在各个方向上移动很多。这会产生不需要的振动，这些振动会传递到物体上，尤其是在高速下。解决方案是降低填充百分比以实现更宽的挤出机运动并减慢填充速度。请记住，此模式不需要太多填充即可正常工作。

Gyroid 填充切片器设置

gyroid 模式的主要优点是它不需要很多填充百分比来抵抗：一个 2 周长和 10% 填充的小块支撑近 10 公斤。如果提高百分比，阻力将以非线性方式增加。您可以从 5% 的填充开始，并在需要更多阻力的情况下增加它。

打印速度可能会稍高一些。无论如何，我建议您继续使用您一直使用的相同速度。请放心，通过降低填充百分比并保持移动速度，打印时间仍然会大大减少。

如果您在切片器设置中没有找到 Gyroid，请下载 Cura 的最新版本。这也适用于 PrusaSlicer、Simplify3D 和其他流行的切片器。

Gyroid Infills 的创造性使用

由于陀螺的有趣形状，这种图案引起了艺术家和制造商的注意。让我们看看如何利用 gyroid 的特性来制作复杂而有趣的部件：

Dan O'Connell 的 3D 可打印陀螺仪

这种设计只是一个没有外墙的立方体。有了这件作品，我们可以测试物体的阻力，将重物放在它的任何面上。它还可以让您看到它的“迷宫”如何让水（或任何流体）完全进出，而不会停滞在某个内部角落。这是向从未见过的人展示陀螺结构的理想作品。

Greg 的 3D 可打印 Gyroid 灯

带有陀螺仪图案的球形灯。由于陀螺仪是一个表面（从技术上讲，它不是一个物体），它允许灯的光通过。此外，其结构阻力可保护灯免受直接撞击。使用 PETG 等半透明材料打印时看起来很棒。

PlasticPasta 3D 的 3D 可打印 Gyroid 书签

这种设计（书签）结合了陀螺的高强度和结构美感。它表明这种填充图案可以用来增强熟悉物体的美感。另一方面，书和书呆子相处得很好……

Alexander 的 3D 可打印 Gyroid 货架支架

这款搁板支架设计用于支撑超过 20 公斤的重量，仅使用 67 克材料！那是20多本书。说明3d打印还有话要说。

此外，它的“海绵骨”在白色打印时看起来很棒……

一旦你尝试了陀螺仪，就没有回头路了。高强度、低重量、更短的印刷时间，是制造商想要的一切！

结论

在了解了 Gyroid Infill 的技术细节和艺术应用之后，我希望我能传达出我对这种图案至少有一点点的惊叹。虽然我已经使用这种模式作为我的默认填充，但我仍然被它的外观和属性所震撼。您绝对应该考虑开始使用它，或者至少尝试一下！

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