3Dプリントにおけるインフィル：その意味と重要性

3Dプリントオブジェクトの内部構造（インフィル）は、印刷の成功に重要な役割を果たします。外壁の間にあるこのパターンは、モデルの強度、重量、材料使用量に影響します。正しいインフィル設定は、壊れやすいモデルと耐久性のある機能部品の差を生み、印刷時間と材料消費のバランスを取るのに役立ちます。

3Dプリントにおけるインフィルとは？

インフィルは、3Dプリントオブジェクトの外殻内部を満たす内部構造です。内部を支える骨組みのようなものと考えてください。3Dモデルをスライスするとき、ソフトウェアは設定に応じてこの内部構造を作成し、物体を完全に固体化せずに構造的な支持を提供するパターンを生成します。

インフィルは通常、プリントの内壁を接続する繰り返しの幾何学パターンで構成されます。これらのパターンは、選択した密度設定に応じて使用される材料量が異なります。

インフィルがプリントに与える影響

インフィルは完成品のいくつかの重要な側面に直接影響します：

• 強度：高いインフィル密度は内部接続を増やし、より大きな応力や圧力に耐えられる強いプリントを作ります。
• 重量：インフィル量によって最終的な物体の重さが決まります。低密度なら軽いプリントになります。
• 材料使用量：インフィルが多いほどフィラメントが多く必要です。インフィル密度を下げることは、材料節約とコスト削減の最も効果的な方法の一つです。
• 印刷時間：密なインフィルパターンは、ノズルが余分な材料を沈積するための移動距離が増え、印刷に時間がかかります。

ソリッド、ホロー、インフィルの比較

インフィルを使うことは、完全なソリッドプリントやホロープリントに比べて大きな利点があります：

うまく選択したインフィル設定は、強度を確保しながら材料や印刷時間を最小化する、理想的な結果をもたらします。

3Dプリントのインフィル構造の種類

一般的なインフィルパターン

選択したパターンは、プリントの性能に大きく影響します。最新のスライスソフトウェアには複数のパターンが用意されており、それぞれに異なる特性があります：

グリッド：垂直・水平の直線で正方形を形成するシンプルなパターンです。短時間でプリントでき、X軸・Y軸方向に均等な強度を提供します。多用途な基本プリントに最適です。

レクティリニア：レイヤーごとに方向を交互に変える平行線パターンです。少ない材料で良好な強度を発揮し、素早くプリントできます。強度より速度を優先するドラフトや試作に理想的です。

トライアングル：内部に三角形を形成するパターンです。格子パターンより力を均等に分散し、多方向からの曲げに強いため、一定の強度が必要な機能部品に適しています。

ハニカム：ハチの巣のような六角形のセルを作ります。非常に優れた強度対重量比を持ち、圧縮にも強いです。シンプルなパターンより材料消費やプリント時間は増えますが、重量を支える必要があるパーツに最適です。

ジャイロイド：波状の有機的な連続構造。ジャイロイドパターンは全方向（等方的）に均等な強度を持ち、プリント内を空気や液体が通過できます。柔軟性が必要な材料や特殊な機械特性を求める用途に特に有効です。

パターンの性能特性

強度の分布

パターンによって強度の分布は異なります：

• グリッド・レクティリニア：X・Y軸方向に強く、Z軸方向は弱い
• トライアングル：水平方向でよりバランスの良い強度
• ハニカム：圧縮に非常に強く、荷重を均等に分散
• ジャイロイド：Z軸を含む全方向に均等な強度

柔軟性と材料の考慮

インフィルパターンは、圧力をかけた際のプリントのしなり方に影響します：

• ジャイロイド：最も一貫した柔軟性を提供し、TPUなどの柔軟フィラメントに最適
• ハニカム：圧力下で適度にたわみ、元に戻りやすい
• グリッド・レクティリニア：より剛性の高い構造で柔軟性は少ない
• トライアングル：剛性があり、曲げに対してバランスの取れた抵抗を持つ

プリント速度と効率

パターンの選択はプリント時間に大きく影響します：

• レクティリニア：最速でプリント可能
• グリッド：速く効率的
• トライアングル：中程度のプリント時間
• ハニカム：頻繁な方向転換により遅い
• ジャイロイド：複雑な形状のため最も遅いパターンになることが多い

時間を重視するプロジェクトでは、レクティリニアやグリッドのようなシンプルなパターンを選ぶとプリント時間を短縮できます。強度を優先する場合は、時間がかかってもハニカムやジャイロイドを使う価値があります。

3Dプリントにおけるインフィル密度

インフィルパーセンテージの意味

インフィル密度とは、3Dプリント内部の空間を材料で満たす割合を指します。0%（完全に空洞）から100%（完全にソリッド）まで調整可能です。

低密度（10〜20%）

低密度インフィルは軽量で素早く作れるプリントを実現します。内部構造はまばらですが、上層を支えるのに十分なサポートを提供します。強度が重要でない装飾モデルやプロトタイプなどに最適で、特に大きなオブジェクトでは材料コストを抑えられます。

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。適度な耐久性を確保しつつ、プリント時間やコストを抑えられます。家庭用の小物やコンテナ、軽負荷の機能部品に適しており、日常的な3Dプリントの多くはこの範囲に収まります。

高密度（50〜100%）

高密度インフィルは大きなストレスにも耐えられる頑丈な部品を作ります。100%に近づくほどプリントはほぼソリッドになり、強度を最大化できます。機械部品やツール、重量を支える必要のあるアイテムに必須ですが、材料消費やプリント時間は大幅に増加します。強度が機能上重要な部品に限定して使用するのがおすすめです。

密度がプリントに与える影響

材料消費量を決定する

インフィルが多いほどフィラメント消費量も増えます。20%インフィルはソリッドプリントの約3分の1の材料しか使わず、材料費を節約できます。大きなプリントではインフィルを少し下げるだけでも大きな節約につながります。

プリント時間を左右する

インフィル密度はプリント完了までの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）よりずっと早く終わります。高密度ではプリンタが多くの経路をたどり材料を多く堆積する必要があるからです。

構造強度を決定する

インフィル密度が高いほどプリントの強度は増します。50%以上のインフィルで大きな負荷や重量に耐えられます。ただし強度は線形には増加しないため、80%から100%の間では材料消費が大幅に増える割に強度の差は小さいことが多いです。

インフィル選択に影響する要因

これまでにパターンや密度について解説しましたが、このセクションでは特定の状況に応じて最適な選択をするためのポイントを紹介します。

プリントの用途

プリントの機能に合わせてインフィルを選びましょう：

特別な用途の場合

単なる強度以外の要件も考慮しましょう。振動を吸収するパーツには中密度のジャイロイドインフィルが有効です。浮かせたいものは低密度にすると良いでしょう。高温環境下で使うパーツは、高密度インフィルにより熱分散を改善できます。

使用環境の要因

プリントを使用する場所や条件も考慮が必要です。屋外使用の場合は水の侵入を防ぐために高密度インフィルが推奨されます。UV光にさらされるパーツは時間とともに劣化するため、初めから強度を高めに設定しておくと安心です。

材料ごとの考慮点

フィラメントの種類によって最適なインフィルは変わります：

PLAはほとんどのパターンで綺麗にプリントできますが、低密度だと壊れやすい傾向があります。収縮が少ないため、正確な幾何パターンにも向いています。

ABSやPETGは冷却時に熱変形しやすく、ジャイロイドのような内部応力を逃がせるパターンを使うと効果的です。

柔軟フィラメント（TPU/TPE）は、複雑なインフィルパターンだと柔軟性を損ないやすいです。適度な間隔のシンプルパターンを使うと特性を活かせます。

木材、金属、カーボンファイバーを含むコンポジットフィラメントはノズル摩耗を早めます。効率的なパターンを中密度で使うとノズル寿命を延ばせます。

プリンタの性能と制約

使用するハードウェアによって現実的なインフィル設定は変わります：

プリントヘッドの動作

ボーデン式押出機は、複雑なインフィルパターンに必要な急激な方向転換で問題が起こりやすいです。ダイレクトドライブ式は複雑なインフィルをより正確に処理できます。

ノズルサイズの考慮

大型ノズル（0.6mm以上）はプリント速度は速いですが、粗いインフィルになります。大きなノズルを使用する場合、インフィル交点での過押出しを防ぐためパターンの間隔を広げる必要があります。

冷却システムの性能

片側だけの冷却ファンを持つプリンタは、密度が高いインフィルで特に密閉された箇所で熱がこもりやすく、造形不良を起こすことがあります。こうした場合はインフィル密度を下げたり、最小レイヤー時間を増やしたりすることで改善できます。

制御基板の処理能力

古い制御基板を使うプリンタは、高速かつ複雑なインフィルパターン処理に必要な演算性能が不足している場合があります。複雑なパターンでプリントが途切れるようなら、強度に優れていても単純なパターンを選ばざるを得ないことがあります。

インフィル設定を極めて3Dプリントを向上！

正しいインフィル設定を選ぶことは3Dプリント成功の鍵です。適切なパターンと密度を使えば、強度、重量、材料使用量、プリント時間をバランス良く調整できます。プロジェクトに合わせた設定が必要です——装飾モデルなら10〜20%の低密度インフィルにシンプルパターンで十分ですが、機能部品なら50%インフィルと強い構造が必要です。使用中のプリンタと材料に合わせて様々な組み合わせを試し、微調整しましょう。内部構造の小さな変化で結果は大きく改善します。