干貨 | 3D打印支撐結(jié)構(gòu)全解买决，來TCT亞洲展看3D打印后處理能力圃星，讓你的打印件更驚艷液啃！

國際金屬加工網(wǎng)　2023年06月08日

眾所周知俄脂，增材制造的優(yōu)勢之一便是為創(chuàng)建復(fù)雜形狀的部件提供設(shè)計靈活度缓万。然而，想要創(chuàng)建一個模型锁荚，往往需要添加一個支撐結(jié)構(gòu)蔫狰。雖然乍一看，似乎是一個簡單的概念滴练，但是當你為打印件配置3D打印支撐時芋妻，往往會伴隨一系列的問題：什么時候需要添加支撐結(jié)構(gòu)？如何移除摊桅？使用支持結(jié)構(gòu)的打印件會有什么缺點昭礁？為了回答這些問題，我們深入研究了支撐在增材制造中的有效使用藻丢。

2023年展會期間

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TCT Asia 2023

時間與地點

9月12日 09:00 - 17:30

9月13日 09:00 - 17:30

9月14日 09:00 - 15:00

國家會展中心（上海）4.1館

根據(jù)所選用的3D打印技術(shù)和設(shè)計復(fù)雜性悠反，支撐物的類型和功能會有所不同残黑。在FDM 3D打印中支撐結(jié)構(gòu)便有以下兩個規(guī)則。

45度規(guī)則：指的是3D打印機在連續(xù)層之間的水平偏移斋否。如果零件的懸垂部分與垂直方向的傾斜角度小于45度梨水，便可在無支撐的情況下打印該懸垂部分。如果角度較大茵臭，機器則無法正確堆疊各層疫诽，懸垂部分就需要支撐結(jié)構(gòu)了。

5毫米規(guī)則：如果橋（零件上兩個平行點之間的距離）小于5毫米旦委，則無需支撐結(jié)構(gòu)奇徒，但如果大于5毫米，則容易出現(xiàn)打印問題缨硝。為了在無支撐的情況下連接兩個平行點摩钙，打印機使用了一種叫做橋接的技術(shù)。這種技術(shù)可使熱材料在短距離內(nèi)被拉伸车匪，從而盡可能地避免連接處的凹陷秦代。

相比之下，通過使用光源對液體材料進行光聚合來生產(chǎn)最終部件的樹脂3D打泳柿选（如SLA或 DLP等工藝）蚯景。該工藝能夠生產(chǎn)出具有精確細節(jié)，微小且復(fù)雜的打印件前肥。其特點是工作方向與擠壓相反楣索，因此壓力殼在頂部而不是底部，為了確保打印件粘附在平臺上淀肿，這些機器都需要支撐結(jié)構(gòu)媳惦。

為了節(jié)省材料和制造時間，支撐結(jié)構(gòu)只有細細的一根柱子讯谎，與模型只有幾個小接觸點碎员。這樣一來灸室，軟件會根據(jù)零件的復(fù)雜性計算出支撐的數(shù)量、所在位置以及與零件的接觸點倾圣。通過適當?shù)暮笃谔幚砺贡睿@樣帶有支撐結(jié)構(gòu)的樹脂3D打印也不會對成品零件的質(zhì)量造成影響。

在增材制造中壮莹，還有許多依靠粉末床生產(chǎn)零件的技術(shù)翅帜。這組技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)（SLS）、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）命满、電子束熔化（EBM）或粘合劑噴射涝滴。對于聚合物激光工藝來說，粉末本身就可看作每一層的支撐結(jié)構(gòu)胶台。這樣的技術(shù)雖然使得設(shè)計零件有更大的自由度歼疮，但同時也增加打印所需的成本和時間。

在使用選擇性激光燒結(jié)或多射流熔融技術(shù)時通常是無需支撐的概作，但若使用金屬技術(shù)則不盡然腋妙。DMG MORI公司的銷售經(jīng)理Robert Chiari解釋說：“由于金屬的應(yīng)力，像鈦等高強度的材料可能會從標準以下的結(jié)構(gòu)中脫離讯榕。所以支撐結(jié)構(gòu)實際上是一塊板骤素，在打印過程中起到固定零件的作用”。而零件周圍的粉末還能在制造過程中幫助散熱愚屁，以便不損害零件或材料的完整性撑枯。

左圖：一個用樹脂打印的3D零件。右圖：空客A350 XWB的 "駕駛艙支架"蛹活。

材料噴射3D打印則是將液體光聚合物應(yīng)用到打印平臺上簇抑，一層接一層的材料在紫外線光源下瞬間固化。在這種情況下匕磅，無論前一層的角度或坡度如何枢蜗，產(chǎn)品的某些突出部分在打印時仍需添加支撐結(jié)構(gòu)。這些支撐結(jié)構(gòu)可以通過后處理步驟去除晃逞，如超聲波浴箍颗、噴沙和噴水。在這種技術(shù)中使用支撐結(jié)構(gòu)同樣不影響零件的精加工虽才，經(jīng)過后處理的零件表面光滑無比纲愁。

盡管支撐結(jié)構(gòu)在任何技術(shù)中的功能都大同小異，但根據(jù)設(shè)計或構(gòu)成的不同寨都，也存在不同的類型诫汇。在設(shè)計方面，最受歡迎的是所謂的格子梁。這些結(jié)構(gòu)通常被用來創(chuàng)建固定零件的柱子爽篷，為陡峭懸垂的零件提供支撐悴晰。格子梁易于制造、速度快狼忱，且與大多數(shù)打印工藝兼容膨疏。唯一的缺點是，它們在某些情況下可能難以拆除钻弄，甚至?xí)诹慵狭粝潞圹E。

樹形支撐的特點是從“樹干”結(jié)構(gòu)開始延伸者吁，在到達打印模型時便分叉成細枝（參考下圖）窘俺。這對于支撐零件中懸臂式但不太垂直的選定部分非常有用。用戶經(jīng)常采用的線性支撐也類似于樹形支撐复凳。它們由與整個懸臂部件或橋梁接觸的垂直支撐組成瘤泪。雖然它們能確保零件的正確印模，但它們也更難拆除育八，而且可能會損壞模型表面对途。

左圖：格子結(jié)構(gòu)。右圖：樹形支撐髓棋。

最后锉寿，可溶性支持材料的存在，讓我們可以利用雙擠壓式3D打印機來生產(chǎn)支撐結(jié)構(gòu)趴国，這些結(jié)構(gòu)后續(xù)可在水中或特殊溶劑中稀釋去除泣虚。最知名的可溶性材料包括PVA或HIPS，以及來自美國Infinite Material Solutions研發(fā)一款PVA替代品——一可溶性支撐AquaSys 180债苍，與PEEK, PEKK, PEI和PPSU等高溫熱塑性塑料兼容坠痒。

可溶性支撐AquaSys 180（來源：Infinite Materials Solutions）

增材制造市場研究公司SmarTech Analysis發(fā)布了增材制造行業(yè)后處理市場研究數(shù)據(jù)。預(yù)計2031年增材制造后處理市場將達到18億美元咳铅。此外选阔，預(yù)計至少有26%市場份額來自聚合物后處理，而金屬3D打印的后處理市場份額最大具椒。

其中去除支撐是增材制造后處理中勞動最密集的部分坎扰，通常占總零件成本的 25% 以上。而用于支撐結(jié)構(gòu)的打印材料已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了很多年觅霉，現(xiàn)在的支撐材料能夠極大地減少去除支撐的時間和勞動力沥涕。

3DQue Systems是第一家使用Polymaker（展位號：H57）的PolyCast? 作為支撐來打印金屬零件并使用UltimakerS5 自動化該過程的公司。3DQue的自動化系統(tǒng)Quinly 是一個虛擬打印機操作員绑警，它可以安裝在 Raspberry PI 上并連接到 3D打印機求泰。安裝后，Quinly 可以對預(yù)加載的 Gcode 進行排隊计盒、自動調(diào)平渴频、在打印作業(yè)完成后執(zhí)行移除打印件并開始下一個打印作業(yè)芽丹。

3DQue使用雙噴頭打印機將金屬和 PolyCast? 線材擠出到打印件和支撐結(jié)構(gòu)中，以一種全新的方式自動進行金屬3D打印卜朗。在使用 PolyCast? 之前拔第，3DQue還測試了其他幾種支撐材料，PolyCast? 因其易剝離的特性在測試中脫穎而出场钉。通過這次3Qque的案例蚊俺，PolyCast? 為金屬零件的制造工藝開辟了一條新的途徑。

移除Polycast?之前的金屬零件（來源：polymaker）

此外逛万，在今年3月Raise3D復(fù)志科技（展位號M05）推出專屬的支撐材料——PET Support泳猬。Raise3D Industrial PET Support耗材是一種可剝離支撐材料，專門設(shè)計用于FDM/FFF 3D打印纖維增強耗材宇植。與使用耗材本身作為支撐材料相比得封，PET Support更容易去除，且無須復(fù)雜的后處理颗屏，去除支撐后的模型擁有光滑的表面及精度奈揩。與水溶性支撐材料相比，PET Support具有較低的吸濕性和性能成本比卑托，是BVOH或PVA的理想替代品效蝎。

在使用3D打印制造零件時，了解支撐的功能及其在制造過程中提供的優(yōu)勢非常重要巧嗡。除了前文提到的優(yōu)點虎铅，如設(shè)計的靈活度和模型最終質(zhì)量的確定性，支撐結(jié)構(gòu)也有它的缺點恋鞋。如果在去除支撐時沒有適當?shù)暮筇幚碇涌ィ罱K產(chǎn)品的美感可能會受到影響。注塑工藝是個例外赵须。

然而企鄙，切片機上配置的支撐越多，對于某些增材制造技術(shù)的設(shè)計就越復(fù)雜业嗅，這也與制造支撐所需的材料量密切相關(guān)倘谢。零件所需的材料量可以通過考慮各方面的因素進行優(yōu)化，如對齊和精度咒吐，以及其他設(shè)計和制造因素野建。適當調(diào)整參數(shù)，不僅可以減少打印時間和材料恬叹，同時降低最終成本和縮短交貨時間候生。

總之，在處理具有多處懸垂的復(fù)雜零件或模型時，在增材制造過程中使用支撐是必要的唯鸭。然而须蜗，重要的是要了解每種技術(shù)的具體情況，以便最大限度地利用這些支撐結(jié)構(gòu)目溉，獲得高質(zhì)量的最終零件明肮。

意外不免存在，一件完美打印的模型在支撐拆除過程中缭付，可能因為支撐的設(shè)置有問題而導(dǎo)致模型被毀柿估，甚至因為支撐結(jié)構(gòu)的碎裂而劃傷皮膚。UltiMaker（展位號J90）將在 3D 打印行業(yè)深耕多年的經(jīng)驗整合到UltiMaker Cura中陷猫，為用戶提供了一套成熟的解決方案篇瀑。

通過在設(shè)置中增加的“支撐頂板”和“支撐底板”的方式，可以將臨近的獨立支撐變成一個整體結(jié)構(gòu)瑟顶，剝離的時候受力點更多，不容易斷裂淀然，剝離不再費事費力鹿腕。得益于UltiMaker 2+ Connect 出色的打印質(zhì)量控制，以及UltiMaker Cura 出色的切片控制悔琉，用戶很輕松地就能將整個支撐結(jié)構(gòu)剝離下來悼锻，支撐的去除變得十分爽快，并且支撐結(jié)構(gòu)與模型沒有藕斷絲連唉攻，模型表面質(zhì)量大大提升透辜。

隨著越來越多的垂直行業(yè)采用3D打印，后處理市場將迎來更加蓬勃的發(fā)展网赤。浙江拓博使萨、DyeMansion、歐瑞康族延、ORYX ADDITIVE等公司將會亮相2023年9月12-14日在國家會展中心舉辦的TCT亞洲展锰扶，一站式了解后處理部件從打印完成直到應(yīng)用的一系列操作。現(xiàn)在掃描下方二維碼預(yù)約參觀寝受，與現(xiàn)場來自米其林坷牛、博世、中國商飛很澄、中國航空工業(yè)京闰、強生、ANKER甩苛、高露潔蹂楣、蔚來、上海地鐵、樂高捐迫、Apple乾翔、博世、一汽大眾等專業(yè)觀眾共探3D打印的獨特魅力施戴。

*部分內(nèi)容來源于3dnatives