不加支撐！FDM 打印“懸垂結(jié)構(gòu)”的小技巧,！

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(gè)大問(wèn)題：如何打印一個(gè)在沒(méi)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�,？梢园踩�打��

當(dāng)打印斜坡的底部時(shí),，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(wèn)題：一些塑料延伸到的空氣中,，重力將開(kāi)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(gè)很理想的解決方法,，因?yàn)樗鼈儠?huì)損壞打印件,、增加打印時(shí)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(wèn)題,，南極熊整理了一些方法，快來(lái)看看吧,！

上文提到的45°規(guī)則是一個(gè)指導(dǎo)方針,。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)代打印機(jī)來(lái)說(shuō),，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(lái)思考一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)打印一個(gè)太陡的懸垂時(shí)會(huì)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(huì)得到下垂的結(jié)構(gòu),。
2.卷曲：這是塑料冷卻不足并開(kāi)始向上彎曲的地方。在打印模型時(shí),，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(huì)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(wèn)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(gè)重要原因,。因?yàn)榇蠖鄶?shù)FDM長(zhǎng)絲是吸濕的,，這些材料喜歡吸收水分，水分會(huì)對(duì)長(zhǎng)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(huì)破壞這些鏈，破壞的塑料在打印時(shí)便會(huì)引起一系列問(wèn)題,。特別是對(duì)于懸垂結(jié)構(gòu),，這種被破壞的結(jié)構(gòu)會(huì)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(lái)源：Bernd via Printables）

下垂和卷曲（也稱(chēng)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(guò)降低溫度,，塑料會(huì)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(qiáng)度的同時(shí)保持盡可能低的溫度,，這會(huì)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(huì)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(shí)間來(lái)冷卻材料,。同時(shí)，較慢的流速可以減輕擠出機(jī)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(shí)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(gè)模型，讓每一層有更多時(shí)間冷卻,。

通常,，較慢的打印速度會(huì)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(huì)導(dǎo)致熱噴嘴停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(qiáng)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(duì)于PLA，幾乎沒(méi)有“過(guò)冷”之類(lèi)的東西,，而對(duì)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(qiáng)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(guò)將熱端移開(kāi)來(lái)避免過(guò)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(gè)新層的突出更少（來(lái)源：Fabbaloo）

懸垂是具有挑戰(zhàn)性的,，因?yàn)樗鼈儠?huì)懸掛在空中,。這可以通過(guò)降低層高來(lái)減少這種“懸掛”。當(dāng)打印斜坡時(shí),，實(shí)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(zhǎng)度更少,，懸浮較少,，下垂的可能性和程度就會(huì)更小。


△以 0.3 毫米層高打印的懸垂（來(lái)源：The 3D Print General via YouTube）

從另一方面考慮,，較厚的層會(huì)更加堅(jiān)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(gè)好處是它們有時(shí)可以對(duì)抗卷曲,。雖然它們確實(shí)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?chē)�的墻壁（�?lái)源：Hubs）

“外殼”是指圍打印物的墻壁�,？梢詫�(duì)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(huì)增加與下層的重疊。調(diào)整此設(shè)置以找到一個(gè)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(guò)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(lái)自《星球大戰(zhàn)》的 X 翼，打印成兩部分,，并定向以避免懸垂（來(lái)源：E-Motion Robotics）

避免懸垂可以通過(guò)多種方式完成：

●考慮懸垂設(shè)計(jì)：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(duì)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(shuō)明了這一點(diǎn)：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(lái)源：Wikifactory）

●拆分模型： 有時(shí),，復(fù)雜模型的懸垂是不可避免的。這時(shí)候可以考慮將其拆分為多個(gè)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(huì)影響零件的表面粗糙度,。

以上就是南極熊整理的關(guān)于解決FDM中“懸垂結(jié)構(gòu)”難制造的小方法,，快行動(dòng)起來(lái)試一試吧！