3D造形のインフィル:用途別のパターンと密度

インフィルは造形物に実際に何をもたらすか

PrusaSlicerのドキュメントによると、造形したモデル全体の強度を主に左右するのはインフィルではなく、外周壁の数です。インフィル密度を上げるよりも外周を増やすほうが、強度に効果があることが多くあります。インフィルの役割はそれとは異なり、より限定的です。主に、その上にあるソリッドな上面層を支えます。支えがなければ、上面層は何もない空間を自力でブリッジしなければならなくなります。また、パーツの圧縮に対する耐性も高めます。

この違いは、設定への向き合い方を変えます。主に衝撃や曲げに耐える必要があるパーツでは、インフィル密度よりも先に壁の数を調整したほうが、たいてい良い結果になります。ただし、スタンドや脚のように圧縮で荷重を受けるパーツでは、インフィルも重要です。

密度：用途ごとの適切な割合

PrusaSlicerのドキュメントによると、ほとんどのモデルは10〜15パーセントのインフィルで問題なく造形できます。中空の0パーセントでも造形は可能ですが、上面の形状が複雑なパーツにはおすすめできません。しっかり耐えるべきパーツでも、30パーセントを超える密度はめったに必要ありません。それ以上に上げても、体感できる強度はあまり上がらず、主に造形時間と素材の使用量が増えるだけです。

密度が100パーセントのとき、選んだパターンにかかわらず、インフィルは自動的にレクティリニアパターンに切り替わり、パーツによっては表面の仕上がりに悪影響が出ることがあります。この両極端の間では、いきなり高い割合に飛ぶのではなく、5〜10ポイントずつ密度を上げていくのが、特定の用途に合った設定を見つける最も簡単な方法です。

速度を重視したパターン

レクティリニアは、層ごとに90度の角度を交互に切り替え、経路が交差しないパターンで、PrusaSlicerのドキュメントによれば、最も速く造形できるパターンの1つです。グリッドも同様の考え方で、直交する直線を2層分交差させます。最も単純で速い選択肢の1つであることに変わりはありませんが、交差点に素材がたまるため、造形時の音が少し大きくなることがあります。

OrcaSlicerのwikiによると、ラインパターンはレクティリニアと同様の速度重視の考え方で、90度で交互に切り替える代わりに、層ごとに少しずつずらした平行な経路を使います。これらのパターンは、試作品や手早く造形する装飾品のように、特に方向ごとの強度要件がないパーツに向いています。こうした速度重視のパターンは、どれも標準では悪い選択ではありません。方向ごとの強度を多少犠牲にして造形時間を短くするもので、機械的な負荷がかからないパーツには、それが適切な判断であることも少なくありません。

あらゆる方向に強度を持たせたパターン

ジャイロイドは数学的な等方性の曲面で、OrcaSlicerのwikiによれば、あらゆる方向で同程度の強度が得られます。1つの層の中で自身と交差しないため局所的な弱点が生じにくく、PrusaSlicerのドキュメントも、この用途に最適なパターンの1つに挙げています。キュービックは立方体を3次元に積み重ねて、荷重を全方向に分散させるパターンで、同じ資料によれば、水平方向にも垂直方向にも高い強度があります。

ハニカムも、六角形で交差しない構造により高い機械的耐性を発揮しますが、PrusaSlicerのドキュメントによると、より単純なパターンよりも素材を約25パーセント多く使い、造形に最大で2倍の時間がかかることがあります。これら3つのパターンは、複数の方向からの荷重に耐える必要がある機械部品や治具に向いていますが、速度重視のパターンよりも造形に時間がかかります。

大型部品向けの材料節約型パターン

アダプティブキュービックは、インフィルの密度を壁の近くに集中させ、パーツの中心に向かって薄くしていくパターンです。PrusaSlicerのドキュメントによると、単純なレクティリニアと比べて素材の使用量を約4分の1減らしながら、大きな体積に対して十分な強度を保てます。サポートキュービックはさらに踏み込んでおり、利用できるパターンの中で素材の使用量と造形時間が最も少なくなることを目指しています。

ライトニングインフィルは、PrusaSlicerとOrcaSlicerのどちらでも使え、サポートが実際に必要な面の下の一部の体積だけを埋めることで、サポートキュービックよりもさらに素材を節約します。これらのパターンは、大きくて荷重の小さいパーツに向いており、標準的なインフィルパターンでは、実際のメリットがないまま主に造形時間が延びるだけになりがちです。トレードオフとして、どちらのパターンも、たわんだり強い機械的負荷を受けたりするパーツには向いていません。素材を節約できる疎な内部構造は、強度も下げてしまうためです。

柔軟な部品のインフィル

TPUのような柔軟なフィラメントで造形するパーツには、PrusaSlicerのドキュメントでコンセントリックやアルキメデスコードのようなパターンが推奨されています。これらは、直線で交差するのではなく、パーツの輪郭に沿うパターンです。この向きなら、一定の方向に走るインフィルの線が全体に通ってパーツを硬くしてしまうことがなく、柔軟性を保てます。

速度や最大強度を重視したレクティリニアやキュービックのようなパターンは、一般にこの種の素材の造形物を硬くしてしまい、そもそも柔軟なフィラメントを使う目的に反します。パターンの選択は、パーツの想定用途と同じくらい、素材にも左右されます。

アンカー、結合層、ソリッド層：インフィルを取り巻く設定

インフィルは壁と無関係に存在しているわけではありません。PrusaSlicerのドキュメントによると、各インフィル線はアンカーから始まります。アンカーとは、内側の外周の短い区間がそのままインフィル線につながる部分のことで、構造をより頑丈にします。一部の素材、特にPETGでは、各線の始まりで押し出しの流れを安定させるために必要です。この長さをゼロにすると、インフィルは壁から独立して造形されますが、パーツは弱くなります。

仕上がりに影響せず時間を節約できる機能が2つあります。1つ目は自動インフィル結合で、複数の層にわたるインフィルを一度に造形します。たとえば外周を0.1 mmのままで、インフィルを0.3 mmで造形でき、その上限は積層ピッチに設定されたノズル径のおよそ80パーセントです。X層ごとにソリッド層を強制的に入れる機能もありますが、PrusaSlicerは、強度を上げるには外周を増やすか密度を上げるほうが引き続き良い方法だとしています。

最後に、上面のソリッド層は基本的にインフィルの上をブリッジして造形されます。密度が低いほどスパンが長くなり、最初のソリッドな線がたるみやすくなります。PrusaSlicerは上面層を少なくとも3層にすることを推奨しており、積層ピッチが細かい場合は、同じ厚さにするためにさらに層数を増やします。したがって、上面がざらついていたりピンホールがあったりする場合は、通常、インフィルを増やすのではなく、ソリッド層を追加して直します。

パターン、壁、ソリッド層：最も重要なポイント

要するに、パーツ全体の強度については、インフィルの密度とパターンは外周壁の数に比べて二次的な設定ですが、圧縮に対する耐性、上面層の支え、造形時間という点では独自の役割があります。試作品には速いパターン、機械部品には等方性のパターン、大きな体積には素材節約型のパターンを選べば、すべてのファイルで同じ標準のインフィルを使い続けるのではなく、実際の用途に設定を合わせられます。

何度も壊れるパーツを補強するためにインフィル密度を上げる前に、まず壁の数と、上下のソリッド層の厚さを確認してください。PrusaSlicerのドキュメントによると、パーツの機械的強度の大部分はそれらで決まります。

出典と限界

• Prusa Knowledge Base — インフィルのパターン
• Prusa Knowledge Base — インフィル
• OrcaSlicer Wiki — インフィル強度の設定
• OrcaSlicer Wiki — インフィルパターン

当サイトはメーカーとコミュニティの資料を整理したもので、これらの製品を自分たちで実測したわけではありません。お使いの機種の取扱説明書が、一般的なガイダンスより優先されます。