必看！3D打印支撐–終極指南
支撐結構：FDM 3D打印機的工作原理是一層一層地沉積熱塑性塑料，從而創建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懸空部分，而下面沒有任何支撐物，那么它很有可能會掉落甚至墜落，您需要額外的3D打印支撐結構來確保打印成功。
支撐結構被認為是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，支撐結構會增加材料成本，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打印復雜模型的一個非常重要的方面。
在本文中，魔猴網將和大家一起學習了解3D打印支撐結構的所有信息。
一、何時需要？
一般來說，當您的模型有懸空或橋梁，而下面沒有任何東西支撐時，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進行說明。
懸挑和橋梁，以字母Y、H和T的經典示例進行說明（來源：All3DP）
1、懸垂45度規則
并非所有懸垂都需要支撐。一般的經驗法則是：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構（來源：Raise3D）
3D打印機在連續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，否則一層不會完全疊加在上一層之上。這樣，打印機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度被認為是失敗線。
字母Y和T最能說明這一點。字母Y中的兩個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構。字母T中的那些確實需要它們
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，結果將一團糟，如下圖所示。
如果沒有支撐結構，字母T將無法正確打印（來源：Hubs）
請記住，45度規則是切片機的標準度量，用于自動支持，以考慮許多變量并獲得令人滿意的結果。有經驗的用戶通常會對打印速度或冷卻速率等設置進行微調，以增加可實現的懸伸角度，從而獲得成功的打印效果。通常情況下，FDM三維打印成型機制造商會聲稱他們的機器在默認情況下能夠打印出更高的懸伸角度。這是因為他們的機器配備了先進的工藝參數和功能更強的硬件。但這并不意味著標準打印機和知識淵博的操作員就不能實現同樣的效果。
2、橋梁上的10毫米規則
就像懸臂一樣，并非所有的橋都需要支撐。這里的經驗法則是：如果橋的長度小于10毫米，打印機可以在沒有支撐的情況下進行打印
為此，打印機使用了一種稱為"橋接"的技術—即在短距離內拉伸熱材料，并在打印時盡量減少下垂。
不良的橋接會導致下垂和下垂（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，否則會出現下垂。
再次強調，請僅將此距離視為一般經驗法則。調整參數，特別是主動冷卻和打印速度，可以大大改善這一情況，并使網橋的長度遠遠超過10毫米的閾值。
二、支撐的缺點
1、材料成本增加
支撐結構需要在打印后移除并丟棄額外的材料（來源：Felfil）
3D打印的支撐結構顯然會增加模型的生產成本。支撐結構會消耗材料，而這些材料隨后會被移除和丟棄。因此，您使用的每一點支撐材料本質上都是浪費，都會增加打印成本。
特別是在使用碳纖維增強絲等特殊材料打印時，成本會迅速上升，因此值得考慮使用雙擠出機，讓機器在不同材料之間切換。
2、增加打印持續時間
特別是不規則的設計通常需要大量的支撐結構（來源：All3DP）
另一個成本因素是支持結構帶來的打印時間延長。雖然FDM 3D打印機的運營成本并不高，但打印時間會很快增加，尤其是在批量生產時。
另一方面，盡量減少支撐結構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構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多少零件、需要多少支撐結構、打印速度以及支撐結構的拆卸是否方便。
3、額外的后處理
支撐結構增加了后處理工作（來源：Ultimaker）
支撐結構不是模型的一部分。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束，您還需要在模型準備就緒之前移除這些結構。
在生產環境中，額外的工作意味著模型成本的增加。如果支撐結構位于難以觸及的地方，不容易與實際部件分離，或者移除支撐結構會導致模型的部分斷裂，情況就會更糟。
為了盡量減少后期處理，您可以考慮改用可溶性支撐結構。或者，您也可以通過將支撐結構集成到設計中或調整模型方向來完全消除支撐結構。
4、損壞模型的風險
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）
支撐結構與模型朝下的面相接觸，并經常粘在一起。這是支撐懸臂和橋梁的唯一方法。如果拆除時不小心，可能會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與支撐結構一起斷裂。
總而言之，使用支撐結構有很大的弊端。因此，這里還有一條經驗法則：盡量減少使用支撐結構，只在必要時才添加。在后面的章節中，我們將向您展示如何從CAD設計階段一直到印刷階段應用這一理念。
三、支撐結構幾何形狀
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。
晶格支撐結構（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構。這種類型的3D打印支撐僅在某些點接觸懸垂部分。
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，通常出現在更有機的模型上。它不能為平面懸垂提供足夠的穩定性。
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）
有一個擠出機的打印機默認使用斷開式支撐結構。
如果只有一個擠出機，就必須使用與打印模型相同的材料來打印支撐結構。您自然可以調整支撐結構的密度，使其遠遠低于模型密度，但這是您對支撐材料的唯一控制。
由于模型和支撐結構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構，或者用刀小心地將其切斷。
這些拆卸方法會帶來相當大的損壞模型的風險，因此在拆卸階段必須應用適當的技術，并保持高度警惕和小心。
2、可溶解支撐物
可溶解的支撐結構更容易移除，但需要雙擠出機打印機。
如果您的打印機有兩個擠出機，還有一個更好的選擇。您可以在一個擠出機中裝入PLA來打印模型，在另一個擠出機中裝入PVA等水溶性材料或HIPS等檸檬烯溶性材料來打印支撐結構。打印結束后，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險，并使后期處理工作更加容易，非常適合復雜的打印。
五、如何移除分離支撐
由于斷裂支撐結構很難拆除，而且有可能損壞模型，因此我們提供了一些久經考驗的小竅門，讓您以正確的方式拆除支撐結構。
1、首先，找出完全暴露在外且易于用手指操作的支撐結構。嘗試用手指將它們掰開。動作要輕柔。如果方法得當，大部分支撐結構應該很容易就會脫落。
2、接下來，使用工具移除難以接觸到的支撐結構。關于哪種工具最好用，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，最好先加熱模型或刀片。這樣可以使支撐結構更容易切割。一個小小的丁烷噴燈就能幫上忙，但要確保不會損壞模型。
4、使用埃佳圖刀具時要非常小心，因為它們非常鋒利。
5、砂紙也是一種很好的清除工具。用高砂紙（220到1200號）濕磨可以去除去除后留下的小凹凸，還能拋光模型。為達到最佳效果，可在部件上涂抹水，然后以平滑、輕柔的動作進行打磨，直至達到所需的表面質量。
打磨不僅適用于樹脂打印部件，以實現更好的表面光潔度（來源：Formlabs）
基于聚乳酸的模型在支撐結構斷裂時可能會產生應力痕跡，從而導致劃痕、印記和瑕疵。指甲油是修補或遮蓋這些瑕疵的好工具。如果出現褪色，可以嘗試用熱風槍小心加熱材料，使其恢復原色。
六、通過設計最大限度地減少支撐
1、將支撐結構整合到模型中
避免支撐結構的訣竅之一是在模型中添加可以完成相同工作的元素。幾個世紀以來，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。
下一個例子是設計師Fantasygraph設計的名為"守護者"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）
將支撐結構融入設計與其說是一門科學，不如說是一門藝術。你需要想出既能融入整體設計，又能支撐懸挑或橋梁的元素。如果方法得當，不僅能增強模型的美感，還能在打印過程中省去支撐結構，從而節省時間、金錢和人力。
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