金石三维：如何正确的使用3D打印支撑结构？

支撑结构是3D打印中必不可少的东西，一方面，他们对于具有令人讨厌的悬垂或桥梁的模型是绝对必要的。另一方面是他们增加了材料成本，增加了更多的后处理工作，并且损坏模型的表面。

因此，正确的获得3D打印支撑结构是3D打印复杂模型的一个非常重要的方向。

什么时候会用到3D打印支撑结构？

当你的模型具有以下任何内容不支撑的悬垂或桥接时，你可能需要使用3D打印支撑结构才能进行3D打印。以下是在字母Y，H和T的帮助下示出的悬垂和桥梁的一些示例。

悬垂和桥梁用字母Y，H和T的经典例子说明。

1、3D打印支撑结构并非所有悬伸都需要支撑 - 45度规则

不是所有悬伸都需要支撑。一般的经验法则是：如果悬垂物与垂直方向倾斜的角度小于45度，那么你可以不使用3D打印支撑结构打印该悬垂物。

与垂直方向成45度以上角度的悬垂需要3D打印支撑结构

事实证明，3D打印机在连续层之间使用非常小的水平偏移。因此，图层不会在前一层上完美堆叠，而是堆叠一个微小的偏移。这允许打印机打印不会从垂直方向倾斜过多的悬垂物。前面的图层可以支撑45度以下的任何值。45度被认为是失败的线。

用字母Y和T最好地说明这个方面。字母Y中的两个突出部分相对于垂直方向具有小于45度的角度。因此，如果你想打印字母Y，你可以在不使用任何3D打印支撑结构的情况下离开！

字母Y中的突出部分不需要3D打印支撑结构。字母T中的那些确实需要它们。

另一方面，字母T中的悬垂与垂直方向成90度角。所以你必须使用3D打印支撑结构打印字母T，否则会是一团糟，如下图所示。

                                   没有3D打印支撑结构，字母T将无法正确打印

2、3D打印支撑结构并非所有桥都需要支撑 - 5 mm规则

就像悬垂一样，并非所有桥梁都需要支撑。这里，经验法则是：如果桥的长度小于5mm，则打印机可以在不需要3D打印支撑结构的情况下进行打印。

要做到这一点，打印机使用一种称为桥接的技术 - 它将热材料拉伸短距离并设法以最小的下垂打印它。

但是，如果桥长度超过5mm，则此技术不起作用。在这种情况下，你需要添加3D打印支撑结构。

如果没有3D打印支撑结构，则无法打印长度超过5mm的桥。注意它们是如何变形和变形的。

测试打印机在没有支撑的情况下打印悬伸的能力

3、与垂直悬伸不到45度的经验法则不需要支撑就是 - 经验法

你的里程可能会有所不同，这在很大程度上取决于你的打印机，其状况和你使用的材料。状况不佳的打印机可能无法以垂直方向35或40度的角度打印悬挑！

在开始打印具有悬垂的模型之前，最好先了解一下打印机打印更无害的悬垂的能力。

这很容易做到。只需从Thingiverse下载这个Massive Overhang Test模型并打印出来。该型号具有一系列悬伸，范围从20度到70度，增量为5度。

4、Thingiverse的大规模悬挑测试

确定打印机开始失败的角度。这是打印机无需支撑即可打印的最大悬伸角度。请注意这一点，以便你以后可以使用此信息来决定使用支撑的位置和不支撑的位置。

3D打印支撑结构的缺点

你可能想知道为什么我们在讨论需要哪些支撑以及哪些方面可以避免。所有这些大惊小怪的原因是因为使用3D打印支撑结构有其缺点。

1、3D打印支撑结构增加了材料成本

支撑结构需要额外的材料，并且在打印后将它们移除并丢弃。  如果你在生产环境中使用3D打印，那么你很可能关心每个型号的成本。如果你是一个预算有限的业余爱好者，你可能也会关心它。

3D打印支撑结构显然增加了模型的成本。支撑结构消耗材料，稍后移除并丢弃该材料。因此，你使用的每一点3D打印支撑结构都会增加模型的成本。

2、3D打印支撑结构增加了打印持续时间

3D打印支撑结构也增加了打印持续时间，因为必须打印更多的东西。

3、3D打印支撑结构添加了后期处理工作

支撑结构增加了后期处理工作。

3D打印支撑结构不是模型的一部分。它们用于在打印期间支撑模型的各个部分。这意味着一旦打印结束，要在模型准备就绪之前删除结构。在生产环境中，添加的工作意味着增加模型的成本。

4、3D打印支撑结构损坏模型的风险

       左：打印支撑。中：支撑移除造成损害。右：支撑删除没有太大的损害。

3D打印支撑结构触摸并经常粘在模型的墙壁上。这是为悬垂和桥梁提供支撑的唯一方法。如果在移除3D打印支撑结构时不小心，它们可能会在模型表面留下瑕疵。在最坏的情况下，部分模型可能会与3D打印支撑结构一起中断。

 总而言之，使用3D打印支撑结构存在重大缺陷。因此，这是另一条经验法则：尽量减少3D打印支撑结构的使用，并在必要时添加它。

支撑结构几何

有两种常见类型的3D打印支撑结构：树状支撑和线性、手风琴支撑。

树状支撑

树状支撑是一种树状结构，支撑模型的悬垂。这种类型的3D打印支撑仅在某些点触及突出物。

                                 树状3D打印支撑结构

使用树状3D打印支撑的优点是它更容易移除并且不会过多地损坏悬垂的下侧。但请注意，它仅适用于鼻尖，指尖或拱门等非扁平悬垂。它不能为扁平悬伸提供足够的稳定性。

线性或手风琴支撑

这是3D打印中最常用的支撑类型。这种类型的支撑由垂直支柱组成，可以触及整个悬伸部分。这种类型的3D打印支撑几乎适用于每个悬伸和桥接。然而，它们更难以移除并且更可能对模型表面造成损坏。

                    线性3D打印支撑结构

易于移除的支撑类型

1、3D打印支撑结构可拆卸的3D打印支撑结构

具有一个挤出的打印机默认使用3D打印支撑结构。

如果你有一台挤出机，那你必须使用打印模型的相同材料来打印3D打印支撑结构。你可以自然地调整3D打印支撑结构的密度，让它低于模型密度，对于支撑材料来说，这是唯一的控制。

由于模型和3D打印支撑结构由相同的材料制成，因此分离它们的唯一方法是通过手动断开支撑结构或用刀切割。

这些去除方法对模型有很大的破坏风险，所以要采用适当的技术，在去除阶段保持警惕和谨慎。

2、可溶解的3D打印支撑结构

可溶解的支撑结构容易移除，但需要双挤出机打印机。

如果你的打印机配有两台挤出机，那你会有更好的选择。你可以装载一台PLA的挤出机打印模型，另一台挤出机装有水溶性材料，如PVA或Limonene可溶材料，如HIPS，用于打印支撑结构。打印完之后，只需将模型浸入水中或柠檬烯中即可冲洗掉支撑结构。

这种移除降低了模型损坏的风险，在使用之后容易处理，非常适合复杂的打印。

3、如何删除分离3D打印支撑结构

由于分离式3D打印支撑结构难以移除并且会损坏模型，因此我们提供了一些经过试验和测试的技巧，以正确的方式将其移除。首先，确定完全暴露易于用手指操纵的3D打印支撑结构。尝试用手指打破那些3D打印支撑结构。要温柔。很温柔。如果你这样做，大多数支撑结构应该很容易脱落。

接下来，使用工具移除难以访问的3D打印支撑结构。关于哪种工具效果最好，有很多意见。你可以使用针鼻钳，腻子刀或Exacto刀。你还可以使用所有这些工具的组合。使用刀具或刮刀时，最好加热模型或刀片，这使得3D打印支撑结构更容易切片。一个微小的丁烷火炬可以帮助，但要确保模型不会损坏。在这里许多人都不建议使用Exacto刀具，因为它是一种很锋利又危险的工具，一个滑动，你可能先切断的是自己的手指而不是支撑。

砂纸也是一种很好的去除工具。使用高砂砾砂纸（220至1200）进行湿磨砂将去除3D打印支撑结构，还可以抛光模型。为了获得最佳效果，将水涂抹在零件上以平滑、轻盈的方式打磨，直到达到所需的表面质量。

你可以使用湿沙打磨去除3D打印支撑结构的最后部分并抛光模型表面。

基于PLA的模型可能会在3D打印支撑结构脱离时产生应力痕迹，从而导致划痕和瑕疵。指甲油清漆是修补或掩盖这些缺陷的好工具。

避免3D打印支撑结构的一个技巧是向可以执行相同的模型添加元素。比如：

上面这张图，右臂是悬垂的，但它由枕头支撑。左腿也是悬垂的，用成束的气体充当支撑。

下一个例子

他巧妙的用流动的礼服支撑模特的腿的臂部。固定在底部的矛充当左臂的支撑。

这说明了如何将支撑集成到模型中。这需要适合的整体设计元素，并且可以支撑悬垂或桥梁。如果操作正确，他可以增强模型的美感，在打印过程中不受3D打印支撑结构的影响，为此可以节省时间，金钱和人力。

倒角

倒角是一种巧妙的方法，他将其他令人讨厌的悬垂物变成无害的突出物，角度小于45度。例如，一个平缓倾斜或弯曲的边缘，可以用不需要的支撑的菱角边缘替换它。这种角度设计称为倒角。

   左：逐渐变圆的边缘，需要支撑；右：倒角边缘，可以在没有3D打印支撑结构的情况下打印

同样，如果模型中有孔，可以将其转换为泪珠形状的倒角孔。大多数情况下，不会影响模型的整体美感。但它可以减少打印模型所需的3D打印支撑结构。

有时，必要的3D打印支撑就像在打印床上重新定向模型一样简单，可以通过巧妙的重新定位构建板上的模型来最小化3D打印支撑结构的使用。比如：

它是一个角色模型，水平臂指向无限远和超越。

如果按原样打印模型，我们需要支撑左臂，因为它是一个90度的长突出物。

当你取下支撑物时，它可能会在手臂下方留下瑕疵。为了避免这种情况，你可以将整个模型旋转45度，只要添加对模型基础的支撑，这对模型基础的质量无光紧要，这样你就可以使用较少的3D打印模型结构打印模型，并保护左臂免受损坏。

最后，我们强调一下，尽量减少3D打印支撑结构的使用。