Infill / Füllungen im 3D-Druck: Definition, Hauptbestandteile und die verschiedenen Typen

Dieser Artikel definiert die Füllung bzw. das Infill im 3D-Druck näher, erläutert, wie Sie das korrekte Füllmuster und seine Dichte auswählen, und beschreibt die verschiedenen Muster.

Das Infill bzw. die Füllung eines 3D-Drucks bezieht sich auf die interne Struktur eines 3D-gedruckten Teils. Diese interne Struktur kann durch den Einsatz vieler unterschiedlicher Muster geschaffen werden. Der Zweck eines solchen Infill ist die Optimierung des Gewichts, der Festigkeit und der Druckzeit des Teils. Es existiert eine Vielzahl an unterschiedlichen Infill-Mustern.

Was bedeutet Infill/Füllung im 3D-Druck?

„Infill bezieht sich im 3D-Druck auf die internen Strukturen, die man im Inneren der meisten 3D-gedruckten Teile findet. Teile, die mit anderen Herstellungsverfahren, wie dem Spritzguss, produziert werden, müssen entweder massiv oder hohl gefertigt werden. Teile aus dem FDM-3D-Druck (Fused Deposition Modeling) können hingegen mit einer Vielzahl unterschiedlicher struktureller Muster produziert werden, die den Raum zwischen den Außenwänden ausfüllen.

Worin liegt der Zweck des Infills im 3D-Druck?

Die Nutzung des Infill im 3D-Druck hat den einfachen Zweck sowohl Druckzeit als auch Material zu sparen, indem das Innere eines 3D-gedruckten Teils mit einer Gitterstruktur gefüllt wird. Der massive Druck eines Teils ist hingegen oft unnötig und somit Materialverschwendung. Das Infill kann hingegen strategisch platziert werden, um die Festigkeit dort zu erhöhen wo während der Nutzung des Teils die größten Lasten auftreten. Eine höhere Dichte des Infill bedeutet dabei, dass ein größerer Anteil des Innenraums aus Infill bzw. Füllmaterial besteht.

Was sind die Hauptbestandteile des Infill im 3D-Druck?

Ein ganz normales 3D-gedrucktes Teil hat in der Regel eine äußere Hülle mit vordefinierter Dicke. Die Infill-Struktur wird dabei vollständig durch diese Hülle umschlossen und ist nach Ende des Drucks nicht mehr zu sehen. Das Infill wird dabei gleichmäßig im Inneren des Teils verteilt. Das 3D-gedruckte Infill wird dabei, um Zeit zu sparen, in der Regel mit einer höheren Geschwindigkeit als die äußere Hülle gedruckt. Die unterschiedlichen Infill-Muster haben dabei alle ihre individuellen Vor- und Nachteile.

Welche unterschiedlichen Arten des Infill gibt es im 3D-Druck?

Es gibt viele unterschiedliche Arten von Infills für 3D-Drucker. Alle bewirken eine Zeitersparnis und eine Verringerung des Materialeinsatzes. Im Folgenden finden Sie einige der heutzutage im 3D-Druck eingesetzten Infill-Muster:

  • Linie
  • Konzentrisch
  • Kreisel
  • Raster
  • Oktett
  • Blitz
  • Dreieck
  • Dreieck-Sechseck
  • Kubisch
  • Kreuz
  • Cross

Linienfüllmuster

Das linienförmige Infill besteht pro Schicht aus mehreren parallelen Linien. Jede Schicht kreuzt dabei die vorherige in einem 90°-Winkel. Im Gegensatz zu anderen Mustern überkreuzen sich die Linien dabei nicht in der gleichen Schicht. Dies erhöht die Festigkeit des Teils in zwei Raumrichtungen. Die Linienfüllung ist geringfügig schneller als das Gitter oder Dreiecksmuster.

Line infill
Linien-Infill

Konzentrisches Füllmuster

Das konzentrische Infill im 3D-Druck ist eines der schnellsten Infill-Muster, die man drucken kann, und es verwendet dabei das wenigste Material. Allerdings geschieht dies auf Kosten der Stabilität des Teils. Das konzentrische Muster ist nicht so stabil wie andere Infill-Typen, insbesondere bei Lasten aus der x – oder y – Richtung.

Concentric infill
Konzentrisches Infill

Kreisel-Füllmuster

Das Kreisel- oder Gyroid-Infill erzeugt im 3D-Druck abwechselnde Wellenlinien oder Kurven. Dieses Infill-Muster braucht im Druck länger als andere Muster. Durch die einzigartige kreiselnde Struktur im Inneren ergeben sich jedoch nahezu isotrope mechanische Eigenschaften. Die Drucke sind zwar auf der z-Achse immer noch etwas schwächer, aber das Muster erhöhte die Scherfestigkeit in der x- und y-Achse. Das Gyroid-Muster funktioniert sehr gut mit flexiblen Materialien.

Gyroid infill
Kreisel-Infill

Raster-Füllmuster

Das Raster ist eine der am häufigsten verwendeten Infill-Arten. Das Rastermuster platziert den Kunststoff in einem kubischen Gitter, das sich selbst in einem 90°-Winkel kreuzt. Dieses Muster ist ideal für 3D-Druck mit großen, flachen Oberflächen. Ein gerastertes Infill-Muster kann jedoch auch zur Verstopfung der Düsen führen, da die Linien sich in derselben Schicht überkreuzen.

Grid infill
Raster-Infill

Oktett-Füllmuster

Das Oktett-Füllmuster erzeugt im 3D-Druck tetrahedrale (also pyramidenförmigen) Körper im Inneren des Teiles. Es eignet sich am besten für Teile mit großen horizontalen Oberflächen. Aufgrund der sich verjüngenden Natur der pyramidenförmigen Körper ist die Bildung von Lücken zwischen den Wänden des Infills möglich. Dies ermöglicht kürzere Spannweiten zwischen den Infill-Wänden und verringert die Chance, dass das Material durchhängt. Eine Verbesserung der äußeren Oberflächen kann somit erreicht werden, ohne dass die Dichte des Infills erhöht werden muss.

Octlet infill
Oktett-Infill

Blitzförmiges Füllmuster

Diese einzigartige Variante eines Infills ist, auf Kosten der Festigkeit des Teiles, am schnellsten zu drucken. Die Stützstrukturen werden Form eines Blitzes hinzugefügt, und nur dort eingesetzt, wo sie auch erforderlich sind. Die Teile sind also Hohlkörper, außer in Bereichen, in denen eine Unterstützung für horizontale Elemente oder interne Überhänge erforderlich ist.

Lightning infill
Blitz-Infill

Dreiecks-Füllmuster

Das dreieckige Füllmuster erzeugt im 3D-Druck eine dreieckige Gitterstruktur, die sich selbst in einem 60°-Winkel schneidet. Diese Art von Infill-Muster wird am besten für Teile mit großen, flachen Oberflächen eingesetzt, und ähnelt in der Leistung dem Gittermuster. Auch beim dreieckigen Infill kann es zur Verstopfung der Düse kommen, da sich die Linien in derselben Schicht kreuzen.

Triangular infill
Dreiecks-Infill

Dreieck-Sechseck-Füllmuster

Das tri-hexagonale Füllmuster ist das stärkste Infill-Muster. Wie auch das Raster- und da Dreiecksmuster überkreuzt es sich und erzeugt ein von Dreiecken durchsetztes hexagonales Muster. Aufgrund der Überkreuzung der Linien neigt auch dieses Infill-Muster dazu, die Düse des Druckers zu verstopfen.

Tri hexagon infill
Dreieck-Sechseck-Infill

Kubisches Füllmuster

Das kubische Füllmuster erzeugt kubische Körper im Inneren des Teils. Dies erfolgt, indem ähnlich wie beim Dreiecks-Infill ein geschichtetes Muster erzeugt wird. Die individuellen Schichten liegen jedoch so versetzt zueinander, dass sie abgeschlossene würfelförmige Körper im Teil erzeugen. Die Würfelkörper sind dabei so ausgerichtet, dass der Würfel an einer Ecke ausbalanciert ist.

Cubic infill
Kubisches Infill

Kreuzförmiges Füllmuster

Das Kreuz-Muster erzeugt mehrere Kreuz-Formen als Infill. Dieses Muster ist im 3D-Druck ideal als Form für flexible Teile geeignet, da sie es dem Teil erlaubt sich zu biegen und zu verdrehen. Bei härteren Kunststoffen ist es hingegen wenig hilfreich.

Cross infill
Kreuz-Infill

Wovon hängt der ideale Wert für die Füllung mit einem Infill ab?

Der wichtigste bestimmende Faktor für den Infill-Prozentsatz ist die Art der Anwendung, für die das Teil hergestellt wird. Prototypen und Kreationen von Bastlern benötigen in der Regel selten mehr als 20 % Infill. Funktionale Teile hingegen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, brauchen meist einen Infill-Prozentsatz von 50 % oder mehr.

Was ist eine gute Infill-Dichte?

In den meisten Fällen sind Infill-Dichten zwischen 20 und 50 % ideal. Weniger als 20 % führen zu wenig stabilen Teilen, während bei mehr als 50 % zu viel Zeit für den Druck aufgewendet wird, und man zudem zu viel Material einsetzt.

Was ist der empfohlene Infill-Prozentsatz für gering belastete Objekte?

Für Objekte, die keinen nennenswerten mechanischen Lasten ausgesetzt sind, ist ein Infill-Prozentsatz von 20% ausreichend. Es ist jedoch anzumerken, dass je nach Geometrie des Teils ein anderer Prozentsatz erforderlich sein kann. So kann es bei einer flachen horizontalen Oberfläche erforderlich sein, dass eine höhere Infill-Dichte notwendig ist, um zu verhindern, dass die Deckschicht nicht aufgrund mangelnder Unterstützung einsackt.

Wie viel Infill ist erforderlich, um die maximale Zugfestigkeit zu erreichen?

Eine höhere Infill-Dichte gewährt dem Teil eine bessere Zugfestigkeit. Dabei ist jedoch anzumerken, dass die Infill-Dichte nicht der einzige Faktor ist, der die Zugfestigkeit bestimmt. So spielen zum Beispiel auch das Filamentmaterial und die Ausrichtung des Drucks eine entscheidende Rolle. Insbesondere FMD-gedruckte Teile sind anisotropisch. Sie sind aufgrund der schwächeren Verbindung zwischen den Schichten in Richtung der z-Achse grundlegend schwächer.

Wird also ein FDM-Teil in der z-Richtung belastet, so ist der entscheidende Faktor für die Zugfestigkeit die Qualität der Verbindung zwischen den einzelnen Schichten. In diesem Fall hat der Infill-Prozentsatz nur einen geringen Einfluss.

So wählen Sie die beste Art des Infills

Die Schritte für die Auswahl des für Sie besten Infills sind die folgenden:

  1. Prüfen Sie die Erfordernisse an das Teil. Berechnen Sie anhand dessen den Infill-Prozentsatz.
  2. Bewerten Sie Ihre Ressourcen, inklusive der möglichen Materialien und des Zeitaufwandes pro Teil.
  3. Erzeugen Sie eine Shortlist mit Infill-Mustern, die Ihren Anforderungen und Ressourcen entsprechen.
  4. Wählen Sie daraus die besten Füllmuster für Ihr Teil aus.

Die Auswahl des besten Infill-Musters ist leider oft ein Prozess des Versuchs-und-Irrtums. Es lohnt sich also erst einmal einen entsprechenden Probedruck mit einem kleinen Teil zu machen, um herauszufinden, welche die besten Einstellungen sind. Bleiben Sie bei den einfachsten Mustern, wie dem Raster oder dem Linien-Füllmuster, erzielen Sie in der Regel gute Resultate.

Ist Infill wichtig für den 3D-Druck?

Ja, das Infill ist ein wichtiger Aspekt im 3D-Druck. Ohne Infill sind einige Teile überhaupt nicht druckbar, weil sie dann ungestützte Oberflächen im Entwurf haben. Infill fügt zudem zusätzliche Festigkeit hinzu und bewirkt eine Balance zwischen Druckzeit und Materialaufwand. Jedoch können manche Teile auch gänzlich ohne Infill gedruckt werden.

Dennoch handelt es sich dabei meistens um Hohlkörper, die nach oben offen sind (wie z. B. Vasen), und die somit nicht für strukturelle Anwendungen geeignet sind.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurde der Einsatz von Infill/ Füllungen im 3D-Druck, die gängigen Arten von Füllungsmustern und der Prozess für die Auswahl eines für die eigene Anwendung geeigneten Musterns erläutert.

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