不加支撐！FDM打印“懸垂結構”的小技巧！
時間：2022-06-21 09:56 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：眾所周知，3D打印具有“懸垂結構”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（懸垂結構）？
△小于 45° 的懸垂通常可以安全打印
當打印斜坡的底部時，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°規則是理解懸垂打印的最快捷的方法。該規則認為小于或等于 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（例如內腔）。為了解決打印懸垂結構困難的問題，南極熊整理了一些方法，快來看看吧！
上文提到的45°規則是一個指導方針。在實際應用中，對于大多數現代打印機來說，它是一種較為“保守”的解決方案。隨著冷卻技術和切片軟件的改進，FDM工程師能夠準確、干凈地產生陡峭懸垂的能力也在提高。
下面我們來思考一個問題：當打印一個太陡的懸垂時會發生什么？
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構。
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，打印的某些區域已經卷曲到噴嘴高度以上。打印完成后，會出現粗糙、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重破壞。作為塑料聚合物，細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。特別是對于懸垂結構，這種被破壞的結構會加劇下垂的程度，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量。
3：降低打印速度
△打印太快會導致下垂
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量。但打印速度不能太慢，尤其是在小層上，可能會導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
△以高風扇速度（頂部）和風扇關閉（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%的風扇速度也起不到作用，可以考慮更換風扇和風扇管道。要么選擇使用泵，要么使用能送更多空氣的高功率風扇。需要注意的是，如果您的風扇可以在大范圍內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，讓風扇負責冷卻塑料。
5：調整圖層高度
△更精細的層高（左）使每個新層的突出更少（來源：Fabbaloo）
懸垂是具有挑戰性的，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”。當打印斜坡時，實際上是在打印階梯層（如上圖所示）。在更精細的層高處，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，我們建議根據懸垂的具體形狀以及打印的最終目標調整層高以選定最合適的層高。
6：調整 Shell 設置
△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。可以對以下參數進行一些調整：
●調整擠壓寬度： 較厚的擠壓寬度更難冷卻，但會增加與下層的重疊。調整此設置以找到一個最優值。
●優化墻壁打印順序：大多數切片器都允許指定外殼的打印方式。理想情況下，先打印內墻，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量，可以增加每一層之間的重疊。外部路徑也將有更多內部路徑可以“保持”。
7.避免懸垂
△來自《星球大戰》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：
●考慮懸垂設計：用倒角替換圓角或在懸垂下方放置合適結構以支撐懸垂。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，這些結構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于解決FDM中“懸垂結構”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°規則是理解懸垂打印的最快捷的方法。該規則認為小于或等于 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（例如內腔）。為了解決打印懸垂結構困難的問題，南極熊整理了一些方法，快來看看吧！
上文提到的45°規則是一個指導方針。在實際應用中，對于大多數現代打印機來說，它是一種較為“保守”的解決方案。隨著冷卻技術和切片軟件的改進，FDM工程師能夠準確、干凈地產生陡峭懸垂的能力也在提高。
下面我們來思考一個問題：當打印一個太陡的懸垂時會發生什么？
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構。
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，打印的某些區域已經卷曲到噴嘴高度以上。打印完成后，會出現粗糙、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重破壞。作為塑料聚合物，細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。特別是對于懸垂結構，這種被破壞的結構會加劇下垂的程度，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量。
3：降低打印速度
△打印太快會導致下垂
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量。但打印速度不能太慢，尤其是在小層上，可能會導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
△以高風扇速度（頂部）和風扇關閉（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%的風扇速度也起不到作用，可以考慮更換風扇和風扇管道。要么選擇使用泵，要么使用能送更多空氣的高功率風扇。需要注意的是，如果您的風扇可以在大范圍內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，讓風扇負責冷卻塑料。
5：調整圖層高度
△更精細的層高（左）使每個新層的突出更少（來源：Fabbaloo）
懸垂是具有挑戰性的，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”。當打印斜坡時，實際上是在打印階梯層（如上圖所示）。在更精細的層高處，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，我們建議根據懸垂的具體形狀以及打印的最終目標調整層高以選定最合適的層高。
6：調整 Shell 設置
△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。可以對以下參數進行一些調整：
●調整擠壓寬度： 較厚的擠壓寬度更難冷卻，但會增加與下層的重疊。調整此設置以找到一個最優值。
●優化墻壁打印順序：大多數切片器都允許指定外殼的打印方式。理想情況下，先打印內墻，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量，可以增加每一層之間的重疊。外部路徑也將有更多內部路徑可以“保持”。
7.避免懸垂
△來自《星球大戰》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：
●考慮懸垂設計：用倒角替換圓角或在懸垂下方放置合適結構以支撐懸垂。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，這些結構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于解決FDM中“懸垂結構”難制造的小方法，快行動起來試一試吧！
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