停止浪費耗材：掌握 3D 列印填充模式，打造更堅固、更輕的零件
與大多數傳統製造技術不同，3D列印能夠精確控制零件的兩個最重要特徵：外壁和填充。填充密度和圖案設定不當，會導致列印浪費耗材、列印斷裂或耗時過長。
無論厚度如何，外壁都構成零件的最外層，而填充則是其內部的物質。外壁的控制範圍有限，但填充則更加靈活，對零件的強度、重量、結構、浮力等諸多方面都起著至關重要的作用。
在3D列印中，這些特性由切片軟體中設定的參數控制。其中最重要的兩個參數是填充密度（0%到100%）和填充模式（通常有多種設計可供選擇）。
讓我們來看看您的選擇以及如何將它們應用到您的 3D 列印零件上。
什麼是填充密度？
填充密度是指零件內部的「飽滿度」。切片軟體將其定義為介於 0% 到 100% 之間的百分比，0% 表示零件為空心，100% 表示零件完全實心。正如您所想，這會極大地影響零件的重量，但實心並不總是意味著強度最高。
密度也會影響列印時間、材料消耗，甚至浮力。有些切片軟體允許單一零件內部填充密度變化，稱為「可變填充密度」，這樣就可以只在需要的地方加強不同區域的填充，而不會增加所有區域的重量。
我應該使用多少填充百分比？
選擇填充密度取決於零件的特定需求，但填充百分比本身並不能決定強度。材料、列印方向、壁厚、填充模式以及負載的方向和類型都同樣重要。
100% 的填充率可以提供最大的內部材料，但會顯著增加列印時間和耗材用量，而且很少需要這樣做。與其將整個部件完全填充為實心，不如使用額外的壁或局部填充調整器來加強高負載區域，通常效率更高。
像人偶這樣的展示模型通常可以使用相對較低的填充率，大約在 5% 到 15% 之間。對於合適的幾何形狀，完全空心（0% 填充率）也可以，但頂面和緩坡可能需要內部支撐才能列印得乾淨利落。
立體光刻畫是一種特殊情況，因為影像區域需要均勻透光，所以通常採用近乎實心或完全實心的列印方式；在某些模型中，足夠密集的壁面也能達到同樣的效果。
螺紋或緊固部件可能也需要在孔洞和凸台周圍填充額外的材料，但這並不一定需要整個模型都採用 100% 填充。
對於 TPU 等柔性耗材，填充密度是調整成品手感的重要手段。較低的填充密度通常允許更大的形變，而增加填充密度會使零件更硬、更耐壓縮。壁厚、填充模式以及 TPU 本身的硬度也會產生顯著影響，因此沒有一個固定的填充百分比適用於所有柔性列印件。
切片軟體預設與 Bambu Studio 填充設定
大多數現代切片軟體現在都提供內建的密度預設，這些預設針對不同的列印需求進行了最佳化。這些預設可以幫助使用者快速選擇合適的列印參數，而無需手動調整每個設定。
例如，在 Bambu Studio 中，填充密度百分比設定在「稀疏填充密度」選項下。該軟體還預設了一些列印模式，這些模式通常會搭配建議的填充圖案，在優先考慮切片速度的情況下非常理想。這些模式透過改變各種設定間接影響填充密度和列印強度。
3D列印應該選擇哪一種填充模式？
為了幫助您選擇最適合您零件需求的圖案，以下整理多種常用選項，並依照相對強度、定向強度平面、材料效率、列印時間和常見用途進行分類。
公仔及展示品的填充圖案
| 圖案 | 力量 | 材料使用 | 列印速度 | 使用 |
|---|---|---|---|---|
| 線條 | 非常低（X 軸或 Y 軸方向） | 低 | 快速 | 原型、形狀檢查列印 |
| 網格 | 低至中等 | 低至中等 | 中等 | 根據密度，可用於原型到功能模型 |
| 閃電 | 低（必要時選擇性強度） | 低 | 快速 | 原型、裝飾模型、僅外殼設計 |
| 沃羅諾伊 | 高（有機、不均勻） | 低 | 慢 | 防護籠、燈罩 |
手機版可左右滑動查看完整表格
線條
線條填滿圖案包含每隔一層沿一個方向（X軸或Y軸）列印的線條。這種填充圖案僅在二維方向上提供強度，適合快速列印，但強度是所有圖案中最弱的之一。線條圖案用料少，重量輕。這種圖案最適合早期原型製作或形狀檢查列印，例如快速手機支架或零件草稿。
網格
網格填滿圖案通常是預設值。它的外觀與線條類似，但不同之處在於，網格填滿並非每隔一層使用單向線條，而是每層都包含二維線條。網格圖案耗材量適中，列印時間也適中，常用於牆面、相機或其他外殼的支架。
閃電圖案
此圖案旨在透過將材料集中在結構需要的地方，主要是頂層或懸垂部分下方，來提供內部支撐。由此形成的樹狀結構形似閃電。這種方法可顯著縮短列印時間和減少材料用量，非常適合原型製作、裝飾模型或對內部強度要求不高的外殼設計。
沃羅諾伊圖
沃羅諾伊是一種幾何結構，它根據點與特定點集的接近程度將空間劃分為不同區域，形成類似蜂巢或骨骼結構等自然形態的有機形狀。與其他圖案不同，沃羅諾伊通常不是直接在切片軟體中套用，而是需要先在其他程式中修改模型幾何。
標準列印的填充圖案
| 圖案 | 力量 | 材料使用 | 列印速度 | 使用 |
|---|---|---|---|---|
| 蜂巢 | 高（2D） | 中等 | 半快 | 無人機機身、結構板 |
| 網格 | 中型（2D） | 中等 | 中等 | 壁掛支架、外殼 |
| 三角形 | 中高（2D） | 中等 | 中等 | 外殼用平蓋 |
手機版可左右滑動查看完整表格
蜂巢狀
蜂巢狀結構能夠均勻分散受力，適合需要中等強度、又不想增加太多重量的列印件，例如無人機機身、滑板耐用部件或結構面板。
三角形
三角形圖案由 XY 平面上三個方向的線條構成，適合需要較高平面剛性的零件，例如外殼的平面蓋板。
功能性列印品的填充圖案
| 圖案 | 力量 | 材料使用 | 列印速度 | 使用 |
|---|---|---|---|---|
| 三六邊形 | 高（2D） | 中等 | 中等 | 揚聲器網罩、裝飾蓋 |
| 立方體 | 高（3D） | 中高 | 中慢速 | 無人機機臂、結構連接件 |
| 立方體細分 | 高（必要時可達到 3D 效果） | 中等 | 中等 | 大型零件、厚壁外殼、工具箱蓋 |
| 四分之一立方 | 高（3D） | 中等 | 慢 | 薄壁零件、機器人外殼、組件間隔件 |
| 陀螺儀 | 高（各向同性） | 中等 | 中等 | 義肢、風洞結構 |
| 八重奏 | 高（3D） | 高 | 慢 | 馬達支架、夾具和工裝 |
手機版可左右滑動查看完整表格
三六邊形
三六邊形填滿圖案由 XY 平面上三個方向的線條組成，形成六邊形並穿插三角形。這種填充圖案在二維方向上提供了強度，也具有明顯的視覺效果，適合揚聲器格柵、裝飾性電子產品外殼等。
立方體
立方體圖案在三維空間中具有極佳的強度，但比其他圖案需要更多的材料和時間。非常適合承受多方向應力的機械部件，例如無人機機臂、結構接頭和連接器。
立方體細分／自適應立方體
本質上是立方體圖案的智慧版本，它使用更少的材料來提高列印速度，同時又不犧牲強度。它由不同尺寸的立方體組成，較大的立方體位於零件中心。在 Bambu Studio 和 PrusaSlicer 等切片軟體中，這種圖案被稱為「自適應立方體」。
四分之一立方
由四面體和截角四面體組成，能形成高強度的填充層，並很好地分散重載荷。適合需要高強度的薄型功能部件，例如機器人外殼或組件間隔件。
陀螺儀／Gyroid
螺旋形填充圖案在三維空間中連接壁面，能提供較均衡的整體強度。它包含連續的不規則曲面，常被用於希望在強度、材料和列印時間之間取得平衡的應用，例如義肢、自行車把手和風洞結構。
八面體
八面體填滿圖案是一種三維圖案，不僅外觀精美，也適用於高強度零件，例如馬達支架、3D列印機零件以及車間用夾具和工裝。
柔性列印的填充圖案
| 圖案 | 力量 | 材料使用 | 列印速度 | 使用 |
|---|---|---|---|---|
| 同心 | 低（僅沿 Z 軸剛性） | 低 | 快速 | 透明零件、TPU墊圈、避震器、穿戴式腕帶 |
| 十字 | 強（2D） | 中等 | 中等 | 人體工學手把、柔性手機殼、可擠壓按鈕 |
| 十字3D | 強（3D柔性） | 中等 | 中等 | 藝術燈具、裝飾花瓶、柔性造型件 |
手機版可左右滑動查看完整表格
同心圓填充
同心圓填滿圖案由與零件輪廓相符的同心線組成。這種設計列印速度快，並且比大多數圖案消耗的材料少。通常用於 TPU 墊圈、避震器與可穿戴錶帶。
十字形
十字形非常適合柔性耗材，在零件內部形成十字形結構。由於沒有長直線，因此可以彎曲和扭轉，常用於符合人體工學的握柄、柔性手機殼或可擠壓按鈕。
十字3D
十字3D在各個方向上都更柔軟且富有彈性，缺點是切片時間較長。它也無需頻繁回抽，對柔性線材而言較為友善。
3D列印填充造成的常見故障與排除方法
填充圖案和密度雖然有助於增強強度，但如果設定不當，有時也會導致問題。以下是幾個常見狀況以及對應處理方式。
如果填充密度過低，3D列印結構可能無法有效支撐頂層，導致表面不平整、下垂或出現枕狀變形。可提高填充比例，或定期插入實心層。
當填充線出現薄弱、斷裂或不完整時，通常與擠出不足有關。可降低填充速度，或增加填充擠出寬度，也應檢查 PTFE 管是否阻塞。
如果填充物無法與壁面充分黏合，零件內部強度會下降。可提高壁面／填充重疊設定，例如在 Bambu Studio 中可從預設 15% 往約 20% 調整，但設定過高可能造成外觀缺陷。
承重部件若使用速度快但強度低的填充模式，例如直線或閃電狀填充，可能導致結構失效。強度需求高的部件可考慮立方體或 Gyroid 等三維填充。
填充無法逐層對齊或看起來漂移，可能與皮帶鬆動、滑輪故障或列印速度與加速度設定過高有關。應檢查硬體張力，並適度降低速度與加速度。
可變填充設定：只在真正需要的地方加強
模型填充密度不必在整個模型中保持均勻。許多切片軟體允許對選定區域進行填充密度和壁數等設定更改，從而可以在需要的地方添加更多材料，而無需增加整個列印件的密度。
Bambu Studio
Bambu Studio 提供兩種實用的方法來實現這一點。「高度範圍修改器」可以覆蓋模型選定垂直範圍內的稀疏填充密度等設定。例如，您可以將列印件下半部的填滿率設為 10%，並將其提高到高於選定高度的 50%。
為了更精準地進行局部加固，Bambu Studio 還允許在模型上添加修改器體積。立方體等形狀可放置在安裝點、螺柱或其他選定區域上方，然後僅在修改器與模型相交的區域變更稀疏填充密度和壁數等設定。
Bambu Studio 還包含自適應立方體填充功能，它會自動調整立方體結構的大小，在靠近模型幾何的地方產生更密集的填充，在更深處生成更稀疏的填充。支撐立方體填充遵循類似的原理，但主要用途是在內部頂部表面下方提供密度逐漸增加的支撐。
PrusaSlicer
PrusaSlicer 透過高度範圍修改器提供類似控制，用於更改特定的 Z 間隔，並透過修改器網格提供局部更改，例如在高負載區域周圍添加更密集的填充或額外周長。
PrusaSlicer 的自適應立方體填充會在模型表面附近使用更密集的單元格，在中心處使用更大的單元格，藉此減少材料用量並保持上層支撐。
Cura
在 Cura 中，修改器網格也可以對選定區域套用不同設定。可透過支撐阻擋器搭配「每個模型設定」修改其與模型重疊區域的局部填充密度等屬性。
Cura 還提供漸進填充功能，隨著距頂層表面距離增加，逐步降低填充密度。這可節省材料和列印時間，同時維持頂層下方較高的支撐密度。
填充層厚度與填充角度
某些切片軟體可以設定填充層與模型壁面不同的層厚。增加填充層厚度可合併多個填充層，減少列印次數，從而縮短列印時間。如果保持填充層厚度與正常層高相同，則每層都會填滿。
填充對機械性能的影響取決於材料、圖案、幾何形狀和負載，因此更改此設定不應被視為提高強度的通用方法。
填充方向也會影響機械性質。交替的填充方向，例如 +45° 和 −45°，通常用於在 XY 平面內提供相對平衡的性能。
然而，如果已知主要載重方向，則使擠出路徑更接近該載重方向可能提高該方向的強度。因此，在設計功能性列印件時，除了填充角度之外，也應考慮零件方向和周長佈局。
藝術填充：讓 Infill 不只是藏在模型裡
填滿圖案不僅可以隱藏在模型內部，也可以成為列印品外觀的一部分。諸如 Gyroid、三角形、蜂巢狀或其他幾何結構，可以製作出用於珠寶、飾品、燈具與展示品的裝飾性格紋。
將頂層或底層實心層數設為零，可以露出這些表面的填充層，而減少壁厚或周長層數則可以露出側面的填充層。
當設計需要時，較小的噴嘴可以再現更精細的網格細節，但並沒有一種噴嘴尺寸或耗材顏色是填充藝術的唯一最佳選擇。圖案、密度、方向、材料顏色、半透明度以及周圍外殼都可以進行調整，以產生不同的視覺效果。