支撐結(jié)構(gòu)：FDM 3D打印機(jī)的工作原理是一層一層地沉積熱塑性塑料，從而創(chuàng)建3D物體。因此，每一層都必須由下面的一層支撐。如果您的模型有一個(gè)懸空部分，而下面沒有任何支撐物，那么它很有可能會(huì)掉落甚至墜落，您需要額外的3D打印支撐結(jié)構(gòu)來確保打印成功。

支撐結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是3D打印中不可避免的禍害。一方面，它們對于具有令人討厭的懸垂或橋梁的模型來說是絕對必要的。另一方面，支撐結(jié)構(gòu)會(huì)增加材料成本，增加后期處理工作量，并可能損壞模型表面。因此，正確制作支撐物是3D打印復(fù)雜模型的一個(gè)非常重要的方面。

在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家一起學(xué)習(xí)了解3D打印支撐結(jié)構(gòu)的所有信息。

一、何時(shí)需要？

一般來說，當(dāng)您的模型有懸空或橋梁，而下面沒有任何東西支撐時(shí)，您可能需要使用支撐物才能將其3D打印出來。下面是一些懸臂和橋梁的示例，借助字母Y、H和T進(jìn)行說明。

懸挑和橋梁，以字母Y、H和T的經(jīng)典示例進(jìn)行說明（來源：All3DP）

1、懸垂45度規(guī)則

并非所有懸垂都需要支撐。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是：如果懸垂物的傾斜角度與垂直方向的夾角小于45度，那么就可以不使用支撐物來打印該懸垂物。

與垂直方向成45度以上的懸垂部分需要支撐結(jié)構(gòu)（來源：Raise3D）

3D打印機(jī)在連續(xù)層之間使用很小的水平偏移（幾乎看不出來）。因此，除非打印出垂直的墻壁，否則一層不會(huì)完全疊加在上一層之上。這樣，打印機(jī)就能打印出與垂直方向傾斜度不太大的懸臂。低于45度的部分可以由前一層支撐，高于45度的部分則不行。45度被認(rèn)為是失敗線。

字母Y和T最能說明這一點(diǎn)。字母Y中的兩個(gè)懸臂與垂直面的夾角低于45度。因此，如果要打印字母Y，可以不使用任何支撐物。

字母Y中的懸垂部分不需要支撐結(jié)構(gòu)。字母T中的那些確實(shí)需要它們

另一方面，字母T的懸垂部分與垂直方向成90度角。因此，您必須使用支撐物來打印字母T，否則，結(jié)果將一團(tuán)糟，如下圖所示。

如果沒有支撐結(jié)構(gòu)，字母T將無法正確打印（來源：Hubs）

請記住，45度規(guī)則是切片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)度量，用于自動(dòng)支持，以考慮許多變量并獲得令人滿意的結(jié)果。有經(jīng)驗(yàn)的用戶通常會(huì)對打印速度或冷卻速率等設(shè)置進(jìn)行微調(diào)，以增加可實(shí)現(xiàn)的懸伸角度，從而獲得成功的打印效果。通常情況下，F(xiàn)DM三維打印成型機(jī)制造商會(huì)聲稱他們的機(jī)器在默認(rèn)情況下能夠打印出更高的懸伸角度。這是因?yàn)樗麄兊臋C(jī)器配備了先進(jìn)的工藝參數(shù)和功能更強(qiáng)的硬件。但這并不意味著標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)和知識(shí)淵博的操作員就不能實(shí)現(xiàn)同樣的效果。

2、橋梁上的10毫米規(guī)則

就像懸臂一樣，并非所有的橋都需要支撐。這里的經(jīng)驗(yàn)法則是：如果橋的長度小于10毫米，打印機(jī)可以在沒有支撐的情況下進(jìn)行打印

為此，打印機(jī)使用了一種稱為"橋接"的技術(shù)—即在短距離內(nèi)拉伸熱材料，并在打印時(shí)盡量減少下垂。

不良的橋接會(huì)導(dǎo)致下垂和下垂（來源：Bigsteve03 via Reddit） 

但是，如果橋的長度超過10毫米，這種方法就行不通了。在這種情況下，您需要增加支撐，否則會(huì)出現(xiàn)下垂。

再次強(qiáng)調(diào)，請僅將此距離視為一般經(jīng)驗(yàn)法則。調(diào)整參數(shù)，特別是主動(dòng)冷卻和打印速度，可以大大改善這一情況，并使網(wǎng)橋的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10毫米的閾值。

二、支撐的缺點(diǎn)

1、材料成本增加

支撐結(jié)構(gòu)需要在打印后移除并丟棄額外的材料（來源：Felfil）

3D打印的支撐結(jié)構(gòu)顯然會(huì)增加模型的生產(chǎn)成本。支撐結(jié)構(gòu)會(huì)消耗材料，而這些材料隨后會(huì)被移除和丟棄。因此，您使用的每一點(diǎn)支撐材料本質(zhì)上都是浪費(fèi)，都會(huì)增加打印成本。

特別是在使用碳纖維增強(qiáng)絲等特殊材料打印時(shí)，成本會(huì)迅速上升，因此值得考慮使用雙擠出機(jī)，讓機(jī)器在不同材料之間切換。

2、增加打印持續(xù)時(shí)間

特別是不規(guī)則的設(shè)計(jì)通常需要大量的支撐結(jié)構(gòu)（來源：All3DP）

另一個(gè)成本因素是支持結(jié)構(gòu)帶來的打印時(shí)間延長。雖然FDM 3D打印機(jī)的運(yùn)營成本并不高，但打印時(shí)間會(huì)很快增加，尤其是在批量生產(chǎn)時(shí)。

另一方面，盡量減少支撐結(jié)構(gòu)并不總是最快的解決方案。如果您需要的是一次性部件，那么使用比理論上更多的支撐結(jié)構(gòu)來成功完成第一次嘗試，可能比失敗后不得不多次打印同一部件更有意義。

因此，成本的高低取決于您要生產(chǎn)多少零件、需要多少支撐結(jié)構(gòu)、打印速度以及支撐結(jié)構(gòu)的拆卸是否方便。

3、額外的后處理

支撐結(jié)構(gòu)增加了后處理工作（來源：Ultimaker）

支撐結(jié)構(gòu)不是模型的一部分。它們用于在打印過程中支撐懸空幾何體。這意味著一旦打印結(jié)束，您還需要在模型準(zhǔn)備就緒之前移除這些結(jié)構(gòu)。

在生產(chǎn)環(huán)境中，額外的工作意味著模型成本的增加。如果支撐結(jié)構(gòu)位于難以觸及的地方，不容易與實(shí)際部件分離，或者移除支撐結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致模型的部分?jǐn)嗔眩�情況就會(huì)更糟。

為了盡量減少后期處理，您可以考慮改用可溶性支撐結(jié)構(gòu)。或者，您也可以通過將支撐結(jié)構(gòu)集成到設(shè)計(jì)中或調(diào)整模型方向來完全消除支撐結(jié)構(gòu)。

4、損壞模型的風(fēng)險(xiǎn)

左：在支撐下打印。中：支撐移除造成損壞。右：支架被移除，沒有太大損壞（來源：Hubs）

支撐結(jié)構(gòu)與模型朝下的面相接觸，并經(jīng)常粘在一起。這是支撐懸臂和橋梁的唯一方法。如果拆除時(shí)不小心，可能會(huì)在模型表面留下瑕疵。最糟糕的情況是，模型的一部分可能會(huì)與支撐結(jié)構(gòu)一起斷裂。

總而言之，使用支撐結(jié)構(gòu)有很大的弊端。因此，這里還有一條經(jīng)驗(yàn)法則：盡量減少使用支撐結(jié)構(gòu)，只在必要時(shí)才添加。在后面的章節(jié)中，我們將向您展示如何從CAD設(shè)計(jì)階段一直到印刷階段應(yīng)用這一理念。

三、支撐結(jié)構(gòu)幾何形狀

常見的支撐類型有兩種：格子支撐和樹狀支撐

1、格子支撐

這種支撐也稱為線性支撐，是3D打印中最常用的支撐類型。它由接觸整個(gè)懸臂的垂直支柱組成。這種類型的3D打印支撐適用于幾乎所有的懸臂和橋梁。不過，它們更難移除，也更容易對模型表面造成損壞。

晶格支撐結(jié)構(gòu)（來源：Flashforge）

2、樹狀支撐

樹狀支撐是支撐模型懸垂部分的樹狀結(jié)構(gòu)。這種類型的3D打印支撐僅在某些點(diǎn)接觸懸垂部分。

樹狀支撐也最大限度地減少了材料的使用（來源：Flashforge）

使用樹狀3D打印支撐物的好處是，它更容易移除，而且不會(huì)對懸臂底部造成太大損害。但要注意的是，它只適用于非平面懸垂，如鼻尖、指尖或拱形，通常出現(xiàn)在更有機(jī)的模型上。它不能為平面懸垂提供足夠的穩(wěn)定性。

四、按易于拆卸劃分的支持類型

1、分離式支撐

分離式支撐通常由與零件相同的材料制成（來源：Prusa Research）

有一個(gè)擠出機(jī)的打印機(jī)默認(rèn)使用斷開式支撐結(jié)構(gòu)。

如果只有一個(gè)擠出機(jī)，就必須使用與打印模型相同的材料來打印支撐結(jié)構(gòu)。您自然可以調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的密度，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模型密度，但這是您對支撐材料的唯一控制。

由于模型和支撐結(jié)構(gòu)是由同一種材料制成的，要想將它們分開，唯一的辦法就是用手掰開支撐結(jié)構(gòu)，或者用刀小心地將其切斷。

這些拆卸方法會(huì)帶來相當(dāng)大的損壞模型的風(fēng)險(xiǎn)，因此在拆卸階段必須應(yīng)用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，并保持高度警惕和小心。

2、可溶解支撐物

可溶解的支撐結(jié)構(gòu)更容易移除，但需要雙擠出機(jī)打印機(jī)。

如果您的打印機(jī)有兩個(gè)擠出機(jī)，還有一個(gè)更好的選擇。您可以在一個(gè)擠出機(jī)中裝入PLA來打印模型，在另一個(gè)擠出機(jī)中裝入PVA等水溶性材料或HIPS等檸檬烯溶性材料來打印支撐結(jié)構(gòu)。打印結(jié)束后，只需將模型浸入水中或檸檬烯中清洗即可。

這種清除方法降低了模型損壞的風(fēng)險(xiǎn)，并使后期處理工作更加容易，非常適合復(fù)雜的打印。

五、如何移除分離支撐

由于斷裂支撐結(jié)構(gòu)很難拆除，而且有可能損壞模型，因此我們提供了一些久經(jīng)考驗(yàn)的小竅門，讓您以正確的方式拆除支撐結(jié)構(gòu)。

1、首先，找出完全暴露在外且易于用手指操作的支撐結(jié)構(gòu)。嘗試用手指將它們掰開。動(dòng)作要輕柔。如果方法得當(dāng)，大部分支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該很容易就會(huì)脫落。

2、接下來，使用工具移除難以接觸到的支撐結(jié)構(gòu)。關(guān)于哪種工具最好用，眾說紛紜。您可以使用針鼻鉗、油灰刀或埃佳圖刀。您也可以綜合使用所有這些工具。

3、使用小刀或刮刀時(shí)，最好先加熱模型或刀片。這樣可以使支撐結(jié)構(gòu)更容易切割。一個(gè)小小的丁烷噴燈就能幫上忙，但要確保不會(huì)損壞模型。

4、使用埃佳圖刀具時(shí)要非常小心，因?yàn)樗鼈兎浅ｄh利。

5、砂紙也是一種很好的清除工具。用高砂紙（220到1200號(hào)）濕磨可以去除去除后留下的小凹凸，還能拋光模型。為達(dá)到最佳效果，可在部件上涂抹水，然后以平滑、輕柔的動(dòng)作進(jìn)行打磨，直至達(dá)到所需的表面質(zhì)量。

打磨不僅適用于樹脂打印部件，以實(shí)現(xiàn)更好的表面光潔度（來源：Formlabs）

基于聚乳酸的模型在支撐結(jié)構(gòu)斷裂時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力痕跡，從而導(dǎo)致劃痕、印記和瑕疵。指甲油是修補(bǔ)或遮蓋這些瑕疵的好工具。如果出現(xiàn)褪色，可以嘗試用熱風(fēng)槍小心加熱材料，使其恢復(fù)原色。

六、通過設(shè)計(jì)最大限度地減少支撐

1、將支撐結(jié)構(gòu)整合到模型中

避免支撐結(jié)構(gòu)的訣竅之一是在模型中添加可以完成相同工作的元素。幾個(gè)世紀(jì)以來，雕塑家們一直在使用這種技巧。例如，請看安東尼奧-卡諾瓦的"維納斯"雕塑。

安東尼奧·卡諾瓦(Antonio Canova)創(chuàng)作的維納斯·維特里克斯(Venus Vitrix)（來源：博爾蓋塞畫廊）

在這里，右臂是懸空的，但有枕頭支撐。左腿也是懸空的，但這次是由束起的長袍作為支撐。

下一個(gè)例子是設(shè)計(jì)師Fantasygraph設(shè)計(jì)的名為"守護(hù)者"的模型。他巧妙地用飄逸的長袍支撐起模特的雙腿和臀部。固定在底部的長矛則起到了支撐左臂的作用。

支撐也可以成為模型本身（來源：Fantasygraph）

將支撐結(jié)構(gòu)融入設(shè)計(jì)與其說是一門科學(xué)，不如說是一門藝術(shù)。你需要想出既能融入整體設(shè)計(jì)，又能支撐懸挑或橋梁的元素。如果方法得當(dāng)，不僅能增強(qiáng)模型的美感，還能在打印過程中省去支撐結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省時(shí)間、金錢和人力。

(責(zé)任編輯：admin)

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