3D印刷でのインフィル：それが何であり、なぜそれが重要なのか

3Dプリントされたオブジェクトの内部構造（インフィル）は、プリントの成功に重要な役割を果たします。外殻間のこのパターンは、オブジェクトの強度、重量、そして材料使用量に影響を与えます。適切なインフィル設定は、壊れやすいモデルと耐久性に優れた機能的なパーツの違いを生み出し、プリント時間と材料消費量のバランスをとるのに役立ちます。

3D プリントにおけるインフィルとは何ですか?

インフィルは 内部構造 3Dプリントされたオブジェクトの外殻の内側の空間を埋めるものです。これは、プリントを内側から支える骨組みのようなものだと考えてください。3Dモデルをスライスしてプリントすると、ソフトウェアは設定に従ってこの内部フレームワークを作成し、オブジェクトを完全に固体にすることなく、構造的なサポートを提供するパターンを生成します。

充填材は通常、プリントの内壁を繋ぐ幾何学模様の繰り返しで構成されます。これらのパターンは、選択した密度設定に応じて、使用する材料の量が異なります。

インフィルがプリントに与える影響

インフィルは、完成した印刷物のいくつかの重要な側面に直接影響します。

• 強さ: より高い充填密度 より多くの内部接続を作成するその結果、より大きなストレスや圧力に耐えられる強力なプリントが実現します。
• 重さ: 充填量によって最終的なオブジェクトの重量が決まります。密度が低いほど、印刷物は軽くなります。
• 材料の使用充填量を増やすと、より多くのフィラメントが必要になります。充填密度を下げることは、材料を節約し、印刷コストを削減する最も効果的な方法の一つです。
• 印刷時間: 高密度の充填パターンは、余分な材料をすべて塗布するためにノズルがより長い距離を移動する必要があるため、印刷に時間がかかります。

ソリッド vs. 中空 vs. インフィル

インフィルを使用すると、完全にソリッドなプリントと中空のプリントの両方に比べて大きな利点があります。

印刷タイプ	利点	デメリット
固体	材料を最大限に活用する 非常に強い 非常に高い強度を必要とする用途に適しています	印刷に最も時間がかかる 重要な材料を無駄にする ほとんどの用途には強すぎる 内部応力が発生し、反りが生じる可能性があります
中空	最小限の材料を使用する すぐに印刷	非常に弱く、倒れやすい 最上層を効果的にサポートできない プレッシャーに弱い
インフィル	材料の使用と強度のバランス プロジェクトのニーズに応じてカスタマイズ可能 材料を無駄にすることなく上層をサポート 内部応力をより均等に分散 さまざまなアプリケーションに合わせて最適化可能	特定のニーズに基づいてパラメータを調整するために追加のセットアップ時間が必要

適切に選択された充填設定により、材料の使用や印刷時間を過剰にすることなく、必要な場所に強度を確保できるという両方のメリットが得られます。

3Dプリントインフィル構造の種類

一般的な充填パターン

その 選択したパターン 充填材の種類は、印刷のパフォーマンスに大きく影響します。最新のスライスソフトウェアでは、それぞれ異なる特性を持つ複数のパターンオプションが提供されています。

グリッド： このシンプルなパターンは、正方形を形成する垂直線を作成します。グリッドパターンは印刷が速く、X軸とY軸の2方向でバランスの取れた強度を実現します。多くの基本的な印刷に適した、汎用性の高いオプションです。

直線的: グリッドに似ていますが、層ごとに方向が交互に変わる平行線が特徴です。このパターンは、最小限の材料で優れた強度を実現し、印刷速度も速いです。強度よりも印刷速度が重視される下書きやプロトタイプに最適です。

三角： プリント内部全体に三角形を形成します。このパターンはグリッドパターンよりも均等に力を分散し、多方向からの曲げにも耐えるため、一貫した強度が求められる機能部品に適しています。

ハニカム： 蜂の巣のような六角形のセルを形成します。このパターンは、優れた強度対重量比と優れた圧縮耐性を備えています。シンプルなパターンよりも多くの材料を使用し、印刷に時間がかかりますが、ハニカムインフィルは重量を支える必要がある部品に最適です。

ジャイロイド: 有機的な波のような連続構造。ジャイロイドパターンは、あらゆる方向に均一な強度（等方性）を提供し、空気と液体がプリント内をスムーズに流れることを可能にします。特に、柔軟な材料や特殊な機械的特性が求められる用途に適しています。

パターンパフォーマンス特性

強度分布

異なるパターンが強度を分散する さまざまな方法で:

• グリッドと直線: X軸とY軸に沿って最も強く、Z軸に沿って弱くなります
• 三角：水平方向の強度バランスが向上
• ハニカム: 優れた圧縮強度と良好な荷重分散
• ジャイロイド: Z軸を含むあらゆる方向で最も均一な強度

柔軟性と材料に関する考慮事項

充填パターンは、圧力下での印刷物の曲がり具合に影響します。

• ジャイロイド: 最も一貫した柔軟性を提供し、TPUやその他の柔軟なフィラメントと非常によく機能します。
• ハニカム: 圧力下でのコントロールされたフレックスと優れた回復力を提供
• グリッド/直線: 柔軟性が低く、より剛性の高い構造を作り出す
• 三角: 曲げに対するバランスのとれた抵抗力を備えた剛性を提供します

印刷速度と効率

パターンの選択は印刷時間に大きな影響を与えます。

• 直線的: 通常、印刷が最も速い
• グリッド: 迅速かつ効率的
• 三角: 中程度の印刷時間
• ハニカム: 頻繁な方向転換により速度が遅くなる
• ジャイロイド: 複雑な形状のため、最も遅いパターンとなることが多い

時間的制約のあるプロジェクトでは、直線状やグリッドのようなシンプルなパターンの方が印刷時間を短縮できます。強度を重視する場合は、ハニカムパターンやジャイロイドパターンに要する追加の時間も、通常は価値があります。

3Dプリントにおける充填密度

インフィル率の意味

充填密度とは、3Dプリントにおいて材料が充填される内部空間の割合です。0%（完全に空洞）から100%（完全に固体）までの範囲で表されます。

低密度（10～20％）

低密度のインフィルを使用することで、軽量で迅速な造形が可能になります。内部構造は疎ですが、造形物の上層部を十分に支えることができます。この密度範囲は、装飾モデル、プロトタイプ、その他強度がそれほど重要でない非機能的な製品に最適です。材料の使用量が最小限に抑えられるため、特に大きなオブジェクトの場合、低密度の印刷が経済的になります。

中密度（25～40%）

中密度インフィルは、強度と材料効率のバランスが取れています。この範囲では、汎用品に十分な耐久性を提供しながら、プリント時間と材料コストを適度に抑えることができます。家庭用品、容器、軽量機能部品などは、中密度インフィルで良好なパフォーマンスを発揮します。日常的な3Dプリントプロジェクトのほとんどはこのカテゴリーに該当し、過剰な材料使用なしに良好な結果が得られます。

高密度（50～100%）

高密度充填により、大きな応力にも耐えられる強固で堅牢なパーツを製造できます。100%に近づくにつれて、プリントはほぼ固体となり、強度が最大限に高まります。この範囲は、重量に耐えたり、圧力による破損に耐えたりする必要がある機械部品、ツール、その他のアイテムに不可欠です。ただし、その代償として、材料消費量が大幅に増加し、プリント時間が長くなります。高密度設定は、強度が機能に不可欠なパーツにのみ使用してください。

密度がプリントに与える影響

材料消費量を決定する

充填率が高いほど、フィラメントの使用量が増えます。充填率を20%にすると、ソリッドプリントに必要なフィラメントの3分の1しか使用しないため、材料とコストの両方を節約できます。大型プリントの場合、充填率をわずかに下げるだけでも、大幅な節約につながります。

印刷時間を制御します

充填密度は、プリントの完了時間に直接影響します。低密度（10～20%）のプリントは、高密度（50%以上）のプリントよりもはるかに早く仕上がります。これは、充填密度を高く設定すると、プリンターがより多くのパスをトレースし、より多くの材料を塗布する必要があるためです。

構造強度を定義する

充填密度が高いほど、プリントの強度は向上します。充填率が50%以上のパーツは、大きな応力と重量に耐えることができます。ただし、強度は直線的に増加するわけではありません。充填率が80%と100%の差は、使用する材料の量が多いにもかかわらず、ほとんど変わらないことがよくあります。

インフィルの選択に影響を与える要因

前のセクションでは、利用可能な充填パターンと密度について説明しましたが、このセクションでは、特定の状況に応じて適切な選択を行う方法に焦点を当てます。

3Dプリントの目的

印刷物の機能に基づいて充填を決定します。

特殊な用途向け

基本的な強度を考慮するだけでなく、固有の要件についても検討してください。振動を吸収する必要がある部品には、中程度の密度のジャイロイド充填材が効果的です。浮遊するように設計された物体には、非常に低い充填率で十分です。高温にさらされる部品は、熱分散を改善するため、高密度充填材を使用することで性能が向上します。

環境要因

プリントがどこでどのように使用されるかを検討してください。屋外で使用するアイテムは耐水性が求められるため、水の浸入を防ぐために充填密度を高める必要がある場合が多くあります。紫外線にさらされる部品は経年劣化する可能性があるため、最初から強度を高める必要がある場合もあります。

材料固有の考慮事項

フィラメントの種類によって充填方法は異なります。

人民解放軍 ほとんどのパターンをきれいに印刷できますが、充填密度が低い場合は脆くなることがあります。収縮率が最小限であるため、精密な幾何学模様に適しています。

ABS そして PETG 冷却中に熱変位が大きくなります。これらの材料は、膨張と収縮に対応する充填パターンの恩恵を受けており、特にジャイロイドは内部応力の蓄積を防ぐのに効果的です。

柔軟なフィラメント (TPU/TPE) は、自然な動きを制限する複雑な充填パターンによりパフォーマンスが低下することがよくあります。適度な間隔を持つよりシンプルなパターンにより、素材の柔軟性が維持されます。

木材、金属、または炭素繊維の粒子を含む複合フィラメントは、ノズルの摩耗を早める可能性があります。これらの材料の場合、中程度の密度で効率的なパターンを使用することで、ノズルの寿命を延ばすことができます。

プリンターの機能と制限

ハードウェアは、どのようなインフィル設定が実用的であるかに直接影響します。

プリントヘッドダイナミクス

ボウデンエクストルーダーのセットアップでは、複雑な充填パターンに必要な急速な方向転換が困難になる場合があります。ダイレクトドライブシステムは、一般的に複雑な充填パターンをより正確に処理します。

ノズルサイズの考慮事項

ノズルが大きい（0.6mm以上）ほど印刷速度は速くなりますが、充填構造は粗くなります。大きなノズルを使用する場合は、交差部での過剰な押し出しを避けるため、充填パターンの間隔を広くする必要があります。

冷却システムの効率

片面冷却ファンを搭載したプリンターは、特に熱がこもりやすい密閉空間では、充填密度を高くすると印刷が困難になる場合があります。このような状況では、充填密度を下げるか、最小積層時間を長くすることで、結果を改善できる場合があります。

処理能力の制約

古いプリンターの制御ボードでは、複雑なパターンを高速に処理する処理能力が不足している場合があります。複雑な充填セクションでプリンターがカクつく場合は、構造特性に関わらず、よりシンプルなパターンが必要になる場合があります。

より良い 3D プリントを実現するために、充填設定をマスターしましょう。

適切な充填設定を選択することが、3Dプリントの成功の鍵となります。適切なパターンと密度を選択することで、強度、重量、材料使用量、そしてプリント時間のバランスが取れたプリントを作成できます。プロジェクトによって異なるアプローチが必要であることを覚えておいてください。装飾的なモデルはシンプルなパターンで10～20%の充填で十分ですが、機能的なパーツはより強固な構造のため50%の充填が必要になる場合があります。様々な組み合わせを試し、ニーズに合わせて調整してください。 特定のプリンターと材料印刷物の内部構造に対するこれらの小さな変更により、結果が大幅に改善されます。