FDM 3D打印機(jī)新玩法：弧形懸垂無(wú)支撐3D打印技術(shù)

南極熊導(dǎo)讀：3D打印被譽(yù)為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，工程師在其中擁有極大的設(shè)計(jì)自由度，可以實(shí)現(xiàn)許多具有顛覆性的創(chuàng)意。然而，這種方法在技術(shù)上也有其局限性，其中之一就是對(duì)懸垂角度的限制。懸垂角度越陡峭，打印就越困難。一旦到達(dá)完全水平的表面，由于擠出的材料無(wú)法支撐自身重量，可能會(huì)導(dǎo)致下垂或形變。

△傳統(tǒng)支撐是在模型懸垂部分下面添加一些支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐打印材料，以防止它們下垂或變形

2023年3月21日，南極熊獲悉了一種在3D打印中使用弧形懸垂無(wú)支撐（Arc Overhangs）的新方法，該方法有望替代傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，從而減少制造過(guò)程中的浪費(fèi)和后期加工。

△弧形懸垂無(wú)支撐（Arc Overhangs）3D打印方法介紹視頻

目前遇到的問(wèn)題

根據(jù)工程師Steven McCulloch提出了的想法，將單獨(dú)的弧形結(jié)構(gòu)依次打印，這些結(jié)構(gòu)互相支撐，可以打印出大型水平表面而無(wú)需支撐材料，我們可以稱它為弧形懸垂無(wú)支撐3D打印技術(shù)。

雖然Steven的想法非常棒，但使用起來(lái)卻有一定難度。因?yàn)镾teven最初的腳本只是生成隨機(jī)形狀的測(cè)試打印。當(dāng)用戶用它來(lái)打印真實(shí)的零件時(shí)，我們不得不提取坐標(biāo)，然后手動(dòng)編輯 GCode文件。

好消息是，目前該技術(shù)有了新的進(jìn)展，目前，國(guó)外有兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在切片軟件中實(shí)現(xiàn)了新的懸垂算法。

SuperPleccer版本：https://github.com/rvmn/SuperPleccer/releases

Nicolais后處理腳本：https://github.com/nicolai-wachenschwan/arc-overhang-prusaslicer-integration

實(shí)現(xiàn)弧形懸垂的兩種方法

第一個(gè)實(shí)現(xiàn)是由3D打印社區(qū)成rvmn在SuperPleccer中完成的，它是3D打印切片軟件SuperSlicer的分支，專門針對(duì)多色打印進(jìn)行了優(yōu)化。另一個(gè)實(shí)現(xiàn)來(lái)自一個(gè)名叫Nicolai的德國(guó)人，他開發(fā)了一個(gè)后處理腳本，可以添加到任何現(xiàn)有的切片軟件PrusaSlicer配置文件中。這個(gè)腳本可以自動(dòng)檢測(cè)常規(guī)懸垂，并將其替換為弧形懸垂。這真是令人驚嘆，3D打印社區(qū)通過(guò)這個(gè)概念，可以利用他們的技能和動(dòng)力使這項(xiàng)技術(shù)變得可用，甚至改進(jìn)它。盡管早期實(shí)現(xiàn)仍存在一些問(wèn)題，但它們也帶來(lái)了顯著的改進(jìn)，例如減少弧形懸垂的翹曲。

△弧形懸垂無(wú)支撐技術(shù)使用類似于希爾伯特曲線的填充模式來(lái)填充懸垂部分，減少內(nèi)部應(yīng)力和翹曲，并且不需要傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)

SuperPleccer切片軟件

使用目前的SuperPleccer預(yù)發(fā)布Alpha版本是實(shí)現(xiàn)弧形懸垂最簡(jiǎn)單的方法。該軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)版本的弧形懸垂，只需將零件進(jìn)行切片即可自動(dòng)生成水平表面上的弧形懸垂，效果相當(dāng)不錯(cuò)。

經(jīng)過(guò)國(guó)外博主實(shí)際測(cè)試，當(dāng)關(guān)閉厚橋、不使用擦拭并將提升速度降低到1-2毫米/秒時(shí)，可獲得最佳效果。測(cè)試版本中還沒有Steven最初編寫的遞歸弧形，這種方法可以讓每個(gè)段變得越來(lái)越小，從而完美填充最復(fù)雜的表面。

△使用自動(dòng)角落支撐，軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)模型中的懸垂角，并添加適當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)來(lái)確保角落的正確打印。這樣可以大大減少打印錯(cuò)誤和后期加工的成本

在使用SuperPleccer時(shí)，弧形懸垂層通常會(huì)平整打印，但下一層打印時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重翹曲。為了避免這個(gè)問(wèn)題，許多用戶建議在邊緣添加小支撐柱。SuperPleccer可以自動(dòng)檢測(cè)懸垂角并放置小支撐，大大減少了翹曲，只需要一點(diǎn)點(diǎn)額外的材料和打印時(shí)間。不過(guò)，這是一個(gè)初步版本，許多功能還不完善，只有幾個(gè)弧形懸垂設(shè)置可以通過(guò)GUI進(jìn)行調(diào)整。此外，這個(gè)版本的Pleccer在橋梁填充區(qū)域使用弧形懸垂，浪費(fèi)了很多時(shí)間。盡管如此，這個(gè)預(yù)覽提供了未來(lái)版本的一些想法，不過(guò)，據(jù)他們?cè)贕ithub開源平臺(tái)上的發(fā)布說(shuō)明顯示，這個(gè)問(wèn)題在下一個(gè)版本中將得到解決。

目前，對(duì)用想要更深入地了解弧形懸垂無(wú)支撐3D打印技術(shù)的用戶，那么你需要嘗試一下Nicolai的PrusaSlicer后處理腳本，它直接基于原始的弧形懸垂無(wú)支撐技術(shù)。

△由后處理腳本生成的弧形懸垂

PrusaSlicer切片軟件

若要使用PrusaSlicer切片軟件和Nicolai后處理腳本，需要更多的步驟，因?yàn)樗枰赑ython軟件。盡管Nicolai在它的GitHub頁(yè)面上提供了簡(jiǎn)短的說(shuō)明，但南極熊為熊友們整理好了運(yùn)行該腳本所需的具體步驟：
●首先，下載并安裝Python，并確保在安裝過(guò)程中激活PATH選項(xiàng)
●接著，在硬盤根目錄下創(chuàng)建一個(gè)新的臨時(shí)文件夾，路徑中不能有空格
●下載Python腳本和要求文件，并將它們放置于這個(gè)臨時(shí)文件夾下
●右鍵單擊該文件夾并按住Shift鍵打開命令提示符，并輸入pip install -r requirements

△希爾伯特曲線填充

Nicolai的PrusaSlicer需要使用Python軟件，因此需要進(jìn)行一些額外步驟才能實(shí)現(xiàn)弧形懸垂。一旦設(shè)置完成并導(dǎo)出模型，后處理腳本將自動(dòng)將常規(guī)懸垂替換為弧形懸垂。雖然這種方法可能有點(diǎn)復(fù)雜，但它提供了一種快速便捷的方式來(lái)優(yōu)化設(shè)置，甚至是算法本身，因?yàn)镻ython腳本可以輕松打開并進(jìn)行修改。Nicolai不僅使腳本可以在PrusaSlicer中使用，還對(duì)其進(jìn)行了多方面的改進(jìn)。

Nicolai還開發(fā)了一個(gè)名為"Spiralize and Arc"的新腳本，它使用類似于希爾伯特曲線的填充模式結(jié)合弧形懸垂來(lái)減少內(nèi)部應(yīng)力和翹曲。這種方法可以提高打印質(zhì)量并減少打印時(shí)間。

因此，通過(guò)在弧形懸垂的頂部打印這些填充圖案，可以減少翹曲，相比于常規(guī)的直線填充。此外，Nicolai還注意到，如果將這些圖案打印在懸垂的頂部，并且降低冷卻，它們可能會(huì)變得軟化并增加重量，但這一現(xiàn)象可以用來(lái)補(bǔ)償翹曲。如果正確調(diào)整，可以在沒有額外支撐的情況下獲得漂亮、筆直的懸垂。如果所有這些調(diào)整都不起作用，仍可以使用支撐繪制工具快速在關(guān)鍵角上添加一些微小的支撐。盡管Nicolai的實(shí)現(xiàn)并不完美，但他完成了所有基礎(chǔ)工作，使Python腳本能夠在PrusaSlicer中輕松使用。

△"Manual Corner Supports"是指在PrusaSlicer 2.6中的一種功能，它允許用戶手動(dòng)添加支撐柱到3D模型的角落，以幫助打印出具有懸掛部分或橋梁的復(fù)雜模型

愛它請(qǐng)嘗試它

現(xiàn)在我們可以在PrusaSlicer中輕松使用弧形懸垂無(wú)支撐3D打印技術(shù)。盡管這種方法可能不會(huì)取代常規(guī)支撐，但它們可能是它們的一個(gè)很好的補(bǔ)充。

目前，盡管實(shí)現(xiàn)弧形懸垂無(wú)支撐的打印速度較慢且需要大量調(diào)整，但其優(yōu)勢(shì)顯而易見。該技術(shù)不需要任何額外的支撐材料，并且可以隨時(shí)生產(chǎn)可用的零件。如果我們繼續(xù)改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，它可能具有非常廣闊的應(yīng)用前景。如果您對(duì)這些進(jìn)展感到興奮，請(qǐng)嘗試并提供反饋，幫助推動(dòng)開源3D打印技術(shù)的進(jìn)步！