デザインを3Dプリンターに送信し、「印刷」ボタンを押す前に、重要な決定を下す必要があります。オブジェクトを中空にするか、中実にするかです。中空にするか中実にするかの決定は、通常、いくつかの要因によって左右されます。その一つが、作成するデザインの目的です。オブジェクトを軽量化し、大きな負荷をかけたくない場合は、一般的に中空デザインが好まれます。また、材料を節約し、製造コストを削減するのにも役立ちます。
一方、強度が必要な場合は、通常、ソリッドデザインの方が適しています。さらに、材料のサイズは内部構造の外観を決定する上で重要です。材料コストを節約したい場合は、ソリッドではなく中空で印刷することを検討してください。中空の方が材料使用量が少なくて済みます。
デザインの内部構造を調整して中空または中実のオブジェクトを作成するには、密度などの充填設定を変更する必要があります。充填密度は、モデル内で使用される内部材料の割合を決定します。これにより、印刷時に使用される充填量を0～100%の範囲で制御できます。充填密度を0%に設定すると、3Dプリンターは内部構造のない中空の印刷物を作成します。100%に設定すると、3Dモデルの内部空間全体が材料で満たされ、オブジェクトは中実で強度が増しますが、材料の使用量が多くなります。中間の値に設定すると、内部格子構造が生成され、モデル内の空間が部分的に充填されます。
充填密度に加えて、充填パターン設定もあります。この記事では、この設定について詳しく説明します。これは、3Dプリントモデル内のマテリアル構造の特定の幾何学的配置を決定する設定の一つです。デザインの充填設定は、Curaなどのスライサーで調整できます。Curaは最も人気のある3Dスライシングプログラムの一つであるため、ここではCuraを使って説明します。他の3Dプリンタースライサーと同様に、Curaは様々な充填パターンを提供しており、それぞれに特徴、長所、用途があります。
以下の表は、Cura で使用できる塗りつぶしパターンとその機能をまとめたものです。
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| いいえ。 | 充填パターン | 最適な用途 |
|---|---|---|
| 1 | グリッド充填パターン | プロトタイプ、小型3Dプリント、一般的に高速なプリントの作成 |
| 2 | 線パターン | プロトタイピングとシンプルな3Dプリント |
| 3 | 三角形のパターン | 面に対して垂直に荷重がかかるプロトタイピングと 3D プリント。 |
| 4 | 三角形の六角形パターン | 試作と中程度の強度の部品 |
| 5 | 立方体パターン | 強くて剛性があり、機能的な部品 |
| 6 | 立方体の細分 | 強度と重量の比率に影響を与えない、強力で大型の3Dプリント |
| 7 | オクテットパターン | 強くて機能的な部品 |
| 8 | クォーターキュービック | 強くて軽量な3Dプリント |
| 9 | 同心円 | フレキシブル3Dプリント |
| 10 | ジグザグ | 高速3Dプリント |
| 11 | クロス | 曲げにも耐えられる柔軟な3Dプリント |
| 12 | クロス3D | 柔軟で硬い3Dプリント |
| 13 | ジャイロイド | 強くて機能的な部品 |
| 14 | 稲妻 | 高速3Dプリントで、内部サポートを必要とするデザインに適しています |
以下に、上記の各充填パターンの詳細な説明を示します。
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1. グリッドインフィルパターン（プロトタイピングに最適）
グリッドインフィルパターンは、互いに直交する線が交差し、グリッドを形成します。このパターンはグリッドに似ており、水平線と垂直線がプリント空間内で交差するパターンを形成します。
このパターンは、比較的少量の材料を使用しながら適度な強度を実現します。機能プロトタイプや軽度の機械的ストレスを必要とするオブジェクトの作成など、多くの3Dプリント用途で広く知られており、高速3Dプリントに適しています。
2. ラインパターン（シンプルな3Dプリントとプロトタイプ）
グリッドパターンのすぐ後には、ラインインフィルがあります。このパターンは、一方向に走る連続した線を使用して、3Dプリントされたオブジェクトの内部を充填します。ラピッドプロトタイピングや、内部強度がそれほど重要でない部品に適しています。
印刷速度は適度に速く、それほど強度を必要としないプリントに適しています。このパターンは、3Dプリントのピローイング（プリントの表面が不均一になり、枕のような外観になる問題）を回避するのにも役立ちます。ラインインラインの充填パターンは平行であるため、上層の重量と応力がプリント内部全体に均等に分散され、上層に問題を引き起こす可能性のある圧力集中を防ぎます。
3. 三角形（プロトタイピング）
三角形パターンは、相互に連結した三角形または六角形で構成され、モデル内部にハニカム構造を形成します。このパターンは、連結した三角形がプリント内部全体に力を均等に分散させ、全体的な強度を高めるため、優れた構造的完全性を実現します。また、面に対して垂直方向に力が加わるプロトタイプの作成にも役立ちます。
4. トライヘキサゴン充填パターン（試作および中強度部品）
これは三角形のインフィルパターンに似ていますが、六角形も含まれている点が異なります。このインフィルでは、三角形と六角形を構成する線が3方向に走っていますが、同じ位置で交わることはありません。三角形と同様に、トライヘキサゴンは、プロトタイプや中程度の機械的強度が求められる部品の作成に役立ちます。
5. キュービック（強度、剛性、機能性に優れる部品）
立方体を積み重ねて組み合わせる手法です。立方体のインフィルパターンは、約45度の角度で平行線を織り交ぜることで形成されます。線は均等な間隔で配置され、格子状の構造で繋がっています。
充填率を下げて線間隔を広げると、より少ない材料でより軽量なパーツを作成できます。一方、線間隔を狭めると、デザインの強度と剛性が向上します。立方体の充填パターンは、応力に耐える必要がある機能的なパーツを作成するのに最適です。
6. 立方体の分割（強度と重量の比率に影響を与えない大型3Dプリント）
キュービックサブディビジョンパターンはキュービックに似ていますが、3Dプリントの中央部分が空洞になっている点が異なります。キュービックと比較して、このパターンはモデルの3Dプリントに必要な材料と時間を節約でき、重量比強度を向上させるため、大容量の3Dプリントに最適です。これは、キューブが十分な密度で支えと強度を提供しながら、重量を過度に増やさないほど軽量であるためです。
7. Octect（機能的な3Dプリントに最適）
オクテット充填パターンは、交差ハッチ模様、つまり相互に連結した八角形で構成されており、デザインに強固な内部構造を形成します。デザイン上に空間が残るため、使用する材料の量と印刷時間の両方において効率的です。また、オブジェクトの形状に合わせて充填を調整できるため、複雑な形状の3Dプリントにも最適です。
8. クォーターキュービック（強度と軽量性）
クォーターキュービックの充填パターンは、小さな立方体と長方形を格子状に配置したもので、材料の密度を高め、優れた機械的特性を実現します。強度と軽量化を同時に要求される部品に最適です。小さな立方体で構成されているため、高密度で均一な構造を実現します。立方体を格子状に配置することで、造形物の見た目がより美しくなります。
9. 同心円（フレキシブルな3Dプリントに最適）
このパターンは、各層の中心から外側に向かって放射状に広がる同心円の連続によって生成されます。プリントの内側に独特の視覚的外観を生み出し、独自の特徴を備えています。充填率によって円内の空間の大きさが決まります。充填率が高いほど空間は狭くなり、低いほど空間は広くなります。
同心円パターンは、柔軟な3Dプリントに最適です。また、内部構造に大きな負荷や機械的ストレスがかかる必要がないプリントにも適しています。同心円の配置は、半透明または半透明の素材を通して見える興味深い視覚効果を生み出し、3Dプリントに装飾的なタッチを加えることができます。
パターンは一般に円方向への連続的な動きを伴うため、三角形やグリッドパターンなどの方向の頻繁な変更を必要とするパターンと比較して、より高速に印刷されます。
10. ジグザグ（高速3Dプリントに最適）
このパターンはラインパターンとほぼ似ていますが、線が交互に反対方向に動くことでジグザグ模様になる点が異なります。最も強力な充填パターンではありませんが、それでもプリントの内側をしっかりと支えてくれます。交差する斜めの線が補強効果を発揮します。より速い印刷が必要なシンプルなデザインに最適です。
11. Cross（フレキシブル3Dプリントに最適）
このパターンは、交差線が格子状の十字を形成しています。他のインフィルパターンほど強力ではありませんが、格子と十字の間に隙間があるため、柔軟性があり、ある程度の曲げにも耐えることができます。スマホケースのように、曲げたり折り曲げたりする必要があるプリントに最適です。また、装飾品にスタイリッシュなアクセントを加えるのにも最適です。
12. Cross 3D（フレキシブル3Dプリント）
これはクロスパターンに似ていますが、その名の通り、オブジェクト内部に相互接続された3Dグリッドを持つクロスパターンの3Dバージョンです。柔軟なパーツに最適ですが、同じ充填率でクロスパターンで作成されたパーツよりも硬くなります。また、3Dプリントのタイムラプス動画を作成する場合にも最適です。
13. ジャイロイド（強度と機能性に優れた部品に最適）
ジャイロイドのインフィルパターンは、ねじれと織り交ぜを思わせる連続格子構造で、まるで有機的な構造を創り出しています。複雑な曲線が絡み合う迷路のような構造は、プリントのソリッドな外観と魅力的なコントラストを生み出し、これらの相互接続によって力を均等に分散させます。
充填密度を高くすると、より堅牢なインテリアに仕上がります。充填密度を低くすると、格子構造は維持されますが、要素間の隙間が顕著になります。ジャイロイドパターンは、負荷がかかる機能部品を作成するのに役立ちます。タイムラプス動画を作成する場合も、このパターンを使用できます。フレーム内でパターンが絶えず変化するため、動画に動きを与えることができます。また、他の充填パターンを使用するよりも、視覚的に魅力的な仕上がりになります。
14. Lightning（内部サポートを必要とするデザインに適しています）
ライトニングインフィルパターンは、インフィルというよりは内部サポート構造に近いものです。オーナメントなど、一部の3Dプリントでは、オーバーハングを支えるために内部サポートが必要であり、ライトニングインフィルパターンが最適です。その主な目的は、3Dプリントの重要な部分に構造的な補強を施し、プリント中のプリントの完全性を維持することです。材料の消費量が少なく、プリント時間も短縮されます。
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サミー・エカランは、Tom's Hardwareのフリーランスライターです。3Dプリントのチュートリアルやガイドに関する執筆を専門としています。彼の作品は、Makeuseof、All3dp、3Dsourcedなど、様々な出版物に掲載されています。
