不加支撐！FDM打印“懸垂結(jié)構(gòu)”的小技巧！
時間：2022-06-21 09:56 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導(dǎo)讀：眾所周知，3D打印具有“懸垂結(jié)構(gòu)”的零件是很困難的，這是困擾所有FDM打印工程師的一個大問題：如何打印一個在沒有任何直接支撐情況下的斜坡零件（懸垂結(jié)構(gòu)）？
△小于 45° 的懸垂通常可以安全打印
當(dāng)打印斜坡的底部時，如上圖所示，隨后的每一層都必須稍微超出前一層。這就引發(fā)了一些問題：一些塑料延伸到的空氣中，重力將開始將其拉下。45°規(guī)則是理解懸垂打印的最快捷的方法。該規(guī)則認(rèn)為小于或等于 45° 的斜率可以打印，比45°大的斜率要加支撐。支撐并不是一個很理想的解決方法，因為它們會損壞打印件、增加打印時間并消耗多余的材料消耗，甚至限制可打印的幾何形狀（例如內(nèi)腔）。為了解決打印懸垂結(jié)構(gòu)困難的問題，南極熊整理了一些方法，快來看看吧！
上文提到的45°規(guī)則是一個指導(dǎo)方針。在實際應(yīng)用中，對于大多數(shù)現(xiàn)代打印機來說，它是一種較為“保守”的解決方案。隨著冷卻技術(shù)和切片軟件的改進(jìn)，F(xiàn)DM工程師能夠準(zhǔn)確、干凈地產(chǎn)生陡峭懸垂的能力也在提高。
下面我們來思考一個問題：當(dāng)打印一個太陡的懸垂時會發(fā)生什么？
1.下垂：這是塑料在凝固之前被重力“拉下”，人們最終會得到下垂的結(jié)構(gòu)。
2.卷曲：這是塑料冷卻不足并開始向上彎曲的地方。在打印模型時，打印的某些區(qū)域已經(jīng)卷曲到噴嘴高度以上。打印完成后，會出現(xiàn)粗糙、不平整的表面，
那么到底如何避免上述的潛在問題呢？
1：干燥燈絲
△干式和濕式燈絲的區(qū)別
濕燈絲是造成許多打印缺陷的一個重要原因。因為大多數(shù)FDM長絲是吸濕的，這些材料喜歡吸收水分，水分會對長絲造成嚴(yán)重破壞。作為塑料聚合物，細(xì)絲由串在一起的分子鏈制成。水分子會破壞這些鏈，破壞的塑料在打印時便會引起一系列問題。特別是對于懸垂結(jié)構(gòu)，這種被破壞的結(jié)構(gòu)會加劇下垂的程度，降低表面粗糙度。
2：降低噴嘴溫度
△并非所有材料都在相同的溫度下工作（來源：Bernd via Printables）
下垂和卷曲（也稱為翹曲）都是由冷卻不足引起的，所以可以嘗試降低噴嘴溫度。通過降低溫度，塑料會更快地固化，從而減少下垂和卷曲。所以，打印的原則可以概括為：在確保足夠強度的同時保持盡可能低的溫度，這會降低零件表面的粗糙度并提高懸垂質(zhì)量。
3：降低打印速度
△打印太快會導(dǎo)致下垂
就像降低噴嘴溫度一樣，降低打印速度可以提供更多時間來冷卻材料。同時，較慢的流速可以減輕擠出機的壓力，從而進(jìn)一步降低噴嘴溫度。如果只有小懸垂受到影響，可以考慮增加最小層時間（只是減慢較小的層）。如果這不起作用，可以嘗試一次打印多個模型，讓每一層有更多時間冷卻。
通常，較慢的打印速度會提高打印質(zhì)量。但打印速度不能太慢，尤其是在小層上，可能會導(dǎo)致熱噴嘴停留時間過長，從而使局部溫度上升。然而，在某些情況下，提高打印速度是可行的。這可以使材料被拉伸，增加張力，幫助打印件保持其形狀。
4：加強冷卻
△以高風(fēng)扇速度（頂部）和風(fēng)扇關(guān)閉（底部）打印的懸垂
對于PLA，幾乎沒有“過冷”之類的東西，而對于ABS或PC等高溫材料，則必須更加小心。如果使用100%的風(fēng)扇速度也起不到作用，可以考慮更換風(fēng)扇和風(fēng)扇管道。要么選擇使用泵，要么使用能送更多空氣的高功率風(fēng)扇。需要注意的是，如果您的風(fēng)扇可以在大范圍內(nèi)提供強大的冷卻效果，可以考慮提高打印速度。與之前的策略相反，這有助于通過將熱端移開來避免過熱，讓風(fēng)扇負(fù)責(zé)冷卻塑料。
5：調(diào)整圖層高度
△更精細(xì)的層高（左）使每個新層的突出更少（來源：Fabbaloo）
懸垂是具有挑戰(zhàn)性的，因為它們會懸掛在空中。這可以通過降低層高來減少這種“懸掛”。當(dāng)打印斜坡時，實際上是在打印階梯層（如上圖所示）。在更精細(xì)的層高處，可以使得每一層伸出的長度更少，懸浮較少，下垂的可能性和程度就會更小。
△以 0.3 毫米層高打印的懸垂（來源：The 3D Print General via YouTube）
從另一方面考慮，較厚的層會更加堅硬，這就好比一張薄紙與一張厚卡片紙。在3D打印中，較厚的層可以更好地抵抗下垂，即使它們突出的更多。較厚層的另一個好處是它們有時可以對抗卷曲。雖然它們確實增加了所需的冷卻量，但較厚的層可以幫助“按下”打印件以防止其抬起。最終，我們建議根據(jù)懸垂的具體形狀以及打印的最終目標(biāo)調(diào)整層高以選定最合適的層高。
6：調(diào)整 Shell 設(shè)置
△shell指的是填充物周圍的墻壁（來源：Hubs）
“外殼”是指圍打印物的墻壁。可以對以下參數(shù)進(jìn)行一些調(diào)整：
●調(diào)整擠壓寬度： 較厚的擠壓寬度更難冷卻，但會增加與下層的重疊。調(diào)整此設(shè)置以找到一個最優(yōu)值。
●優(yōu)化墻壁打印順序：大多數(shù)切片器都允許指定外殼的打印方式。理想情況下，先打印內(nèi)墻，然后再打印外墻，這將幫助懸垂的路徑更合理。
●增加外殼路徑：通過增加外殼中的路徑數(shù)量，可以增加每一層之間的重疊。外部路徑也將有更多內(nèi)部路徑可以“保持”。
7.避免懸垂
△來自《星球大戰(zhàn)》的 X 翼，打印成兩部分，并定向以避免懸垂（來源：E-Motion Robotics）
避免懸垂可以通過多種方式完成：
●考慮懸垂設(shè)計：用倒角替換圓角或在懸垂下方放置合適結(jié)構(gòu)以支撐懸垂。對于水平孔，可以使用“淚珠形狀”以避免頂部下垂。
●切換方向：并非所有打印方向都是相同的。根據(jù)零件的具體形狀，改變零件的定位方向，壁面懸垂。下圖很好地說明了這一點：字母“T”和“E”需要在其原始方向上提供支撐，可以重新定位以徹底消除懸垂。
△零件重新定向以消除懸垂（來源：Wikifactory）
●拆分模型： 有時，復(fù)雜模型的懸垂是不可避免的。這時候可以考慮將其拆分為多個零件。打印后，您只需將這些部分粘在一起即可！
●使用支撐：如果真的需要支撐，可以使用用可溶解的支撐材料，這些結(jié)構(gòu)可以輕而易舉被處理掉，不會影響零件的表面粗糙度。
以上就是小編整理的關(guān)于解決FDM中“懸垂結(jié)構(gòu)”難制造的小方法，快行動起來試一試吧！
△小于 45° 的懸垂通常可以安全打印
當(dāng)打印斜坡的底部時，如上圖所示，隨后的每一層都必須稍微超出前一層。這就引發(fā)了一些問題：一些塑料延伸到的空氣中，重力將開始將其拉下。45°規(guī)則是理解懸垂打印的最快捷的方法。該規(guī)則認(rèn)為小于或等于 45° 的斜率可以打印，比45°大的斜率要加支撐。支撐并不是一個很理想的解決方法，因為它們會損壞打印件、增加打印時間并消耗多余的材料消耗，甚至限制可打印的幾何形狀（例如內(nèi)腔）。為了解決打印懸垂結(jié)構(gòu)困難的問題，南極熊整理了一些方法，快來看看吧！
上文提到的45°規(guī)則是一個指導(dǎo)方針。在實際應(yīng)用中，對于大多數(shù)現(xiàn)代打印機來說，它是一種較為“保守”的解決方案。隨著冷卻技術(shù)和切片軟件的改進(jìn)，F(xiàn)DM工程師能夠準(zhǔn)確、干凈地產(chǎn)生陡峭懸垂的能力也在提高。
下面我們來思考一個問題：當(dāng)打印一個太陡的懸垂時會發(fā)生什么？
1.下垂：這是塑料在凝固之前被重力“拉下”，人們最終會得到下垂的結(jié)構(gòu)。
2.卷曲：這是塑料冷卻不足并開始向上彎曲的地方。在打印模型時，打印的某些區(qū)域已經(jīng)卷曲到噴嘴高度以上。打印完成后，會出現(xiàn)粗糙、不平整的表面，
那么到底如何避免上述的潛在問題呢？
1：干燥燈絲
△干式和濕式燈絲的區(qū)別
濕燈絲是造成許多打印缺陷的一個重要原因。因為大多數(shù)FDM長絲是吸濕的，這些材料喜歡吸收水分，水分會對長絲造成嚴(yán)重破壞。作為塑料聚合物，細(xì)絲由串在一起的分子鏈制成。水分子會破壞這些鏈，破壞的塑料在打印時便會引起一系列問題。特別是對于懸垂結(jié)構(gòu)，這種被破壞的結(jié)構(gòu)會加劇下垂的程度，降低表面粗糙度。
2：降低噴嘴溫度
△并非所有材料都在相同的溫度下工作（來源：Bernd via Printables）
下垂和卷曲（也稱為翹曲）都是由冷卻不足引起的，所以可以嘗試降低噴嘴溫度。通過降低溫度，塑料會更快地固化，從而減少下垂和卷曲。所以，打印的原則可以概括為：在確保足夠強度的同時保持盡可能低的溫度，這會降低零件表面的粗糙度并提高懸垂質(zhì)量。
3：降低打印速度
△打印太快會導(dǎo)致下垂
就像降低噴嘴溫度一樣，降低打印速度可以提供更多時間來冷卻材料。同時，較慢的流速可以減輕擠出機的壓力，從而進(jìn)一步降低噴嘴溫度。如果只有小懸垂受到影響，可以考慮增加最小層時間（只是減慢較小的層）。如果這不起作用，可以嘗試一次打印多個模型，讓每一層有更多時間冷卻。
通常，較慢的打印速度會提高打印質(zhì)量。但打印速度不能太慢，尤其是在小層上，可能會導(dǎo)致熱噴嘴停留時間過長，從而使局部溫度上升。然而，在某些情況下，提高打印速度是可行的。這可以使材料被拉伸，增加張力，幫助打印件保持其形狀。
4：加強冷卻
△以高風(fēng)扇速度（頂部）和風(fēng)扇關(guān)閉（底部）打印的懸垂
對于PLA，幾乎沒有“過冷”之類的東西，而對于ABS或PC等高溫材料，則必須更加小心。如果使用100%的風(fēng)扇速度也起不到作用，可以考慮更換風(fēng)扇和風(fēng)扇管道。要么選擇使用泵，要么使用能送更多空氣的高功率風(fēng)扇。需要注意的是，如果您的風(fēng)扇可以在大范圍內(nèi)提供強大的冷卻效果，可以考慮提高打印速度。與之前的策略相反，這有助于通過將熱端移開來避免過熱，讓風(fēng)扇負(fù)責(zé)冷卻塑料。
5：調(diào)整圖層高度
△更精細(xì)的層高（左）使每個新層的突出更少（來源：Fabbaloo）
懸垂是具有挑戰(zhàn)性的，因為它們會懸掛在空中。這可以通過降低層高來減少這種“懸掛”。當(dāng)打印斜坡時，實際上是在打印階梯層（如上圖所示）。在更精細(xì)的層高處，可以使得每一層伸出的長度更少，懸浮較少，下垂的可能性和程度就會更小。
△以 0.3 毫米層高打印的懸垂（來源：The 3D Print General via YouTube）
從另一方面考慮，較厚的層會更加堅硬，這就好比一張薄紙與一張厚卡片紙。在3D打印中，較厚的層可以更好地抵抗下垂，即使它們突出的更多。較厚層的另一個好處是它們有時可以對抗卷曲。雖然它們確實增加了所需的冷卻量，但較厚的層可以幫助“按下”打印件以防止其抬起。最終，我們建議根據(jù)懸垂的具體形狀以及打印的最終目標(biāo)調(diào)整層高以選定最合適的層高。
6：調(diào)整 Shell 設(shè)置
△shell指的是填充物周圍的墻壁（來源：Hubs）
“外殼”是指圍打印物的墻壁。可以對以下參數(shù)進(jìn)行一些調(diào)整：
●調(diào)整擠壓寬度： 較厚的擠壓寬度更難冷卻，但會增加與下層的重疊。調(diào)整此設(shè)置以找到一個最優(yōu)值。
●優(yōu)化墻壁打印順序：大多數(shù)切片器都允許指定外殼的打印方式。理想情況下，先打印內(nèi)墻，然后再打印外墻，這將幫助懸垂的路徑更合理。
●增加外殼路徑：通過增加外殼中的路徑數(shù)量，可以增加每一層之間的重疊。外部路徑也將有更多內(nèi)部路徑可以“保持”。
7.避免懸垂
△來自《星球大戰(zhàn)》的 X 翼，打印成兩部分，并定向以避免懸垂（來源：E-Motion Robotics）
避免懸垂可以通過多種方式完成：
●考慮懸垂設(shè)計：用倒角替換圓角或在懸垂下方放置合適結(jié)構(gòu)以支撐懸垂。對于水平孔，可以使用“淚珠形狀”以避免頂部下垂。
●切換方向：并非所有打印方向都是相同的。根據(jù)零件的具體形狀，改變零件的定位方向，壁面懸垂。下圖很好地說明了這一點：字母“T”和“E”需要在其原始方向上提供支撐，可以重新定位以徹底消除懸垂。
△零件重新定向以消除懸垂（來源：Wikifactory）
●拆分模型： 有時，復(fù)雜模型的懸垂是不可避免的。這時候可以考慮將其拆分為多個零件。打印后，您只需將這些部分粘在一起即可！
●使用支撐：如果真的需要支撐，可以使用用可溶解的支撐材料，這些結(jié)構(gòu)可以輕而易舉被處理掉，不會影響零件的表面粗糙度。
以上就是小編整理的關(guān)于解決FDM中“懸垂結(jié)構(gòu)”難制造的小方法，快行動起來試一試吧！
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