FDM 3D打印機新玩法：弧形懸垂無支撐3D打印技術

南極熊導讀：3D打印被譽為一項顛覆性技術，工程師在其中擁有極大的設計自由度，可以實現(xiàn)許多具有顛覆性的創(chuàng)意。然而，這種方法在技術上也有其局限性，其中之一就是對懸垂角度的限制。懸垂角度越陡峭，打印就越困難。一旦到達完全水平的表面，由于擠出的材料無法支撐自身重量，可能會導致下垂或形變。

△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)，從而減少制造過程中的浪費和后期加工。

△弧形懸垂無支撐（Arc Overhangs）3D打印方法介紹視頻

目前遇到的問題

根據(jù)工程師Steven McCulloch提出了的想法，將單獨的弧形結(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需支撐材料，我們可以稱它為弧形懸垂無支撐3D打印技術。

雖然Steven的想法非常棒，但使用起來卻有一定難度。因為Steven最初的腳本只是生成隨機形狀的測試打印。當用戶用它來打印真實的零件時，我們不得不提取坐標，然后手動編輯 GCode文件。

好消息是，目前該技術有了新的進展，目前，國外有兩個團隊在切片軟件中實現(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

實現(xiàn)弧形懸垂的兩種方法

第一個實現(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，專門針對多色打印進行了優(yōu)化。另一個實現(xiàn)來自一個名叫Nicolai的德國人，他開發(fā)了一個后處理腳本，可以添加到任何現(xiàn)有的切片軟件PrusaSlicer配置文件中。這個腳本可以自動檢測常規(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)通過這個概念，可以利用他們的技能和動力使這項技術變得可用，甚至改進它。盡管早期實現(xiàn)仍存在一些問題，但它們也帶來了顯著的改進，例如減少弧形懸垂的翹曲。

△弧形懸垂無支撐技術使用類似于希爾伯特曲線的填充模式來填充懸垂部分，減少內(nèi)部應力和翹曲，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預發(fā)布Alpha版本是實現(xiàn)弧形懸垂最簡單的方法。該軟件已經(jīng)實現(xiàn)了基礎版本的弧形懸垂，只需將零件進行切片即可自動生成水平表面上的弧形懸垂，效果相當不錯。

經(jīng)過國外博主實際測試，當關閉厚橋、不使用擦拭并將提升速度降低到1-2毫米/秒時，可獲得最佳效果。測試版本中還沒有Steven最初編寫的遞歸弧形，這種方法可以讓每個段變得越來越小，從而完美填充最復雜的表面。

△使用自動角落支撐，軟件會自動檢測模型中的懸垂角，并添加適當?shù)闹�撐結(jié)構(gòu)來確保角落的正確打印。這樣可以大大減少打印錯誤和后期加工的成本

在使用SuperPleccer時，弧形懸垂層通常會平整打印，但下一層打印時會出現(xiàn)嚴重翹曲。為了避免這個問題，許多用戶建議在邊緣添加小支撐柱。SuperPleccer可以自動檢測懸垂角并放置小支撐，大大減少了翹曲，只需要一點點額外的材料和打印時間。不過，這是一個初步版本，許多功能還不完善，只有幾個弧形懸垂設置可以通過GUI進行調(diào)整。此外，這個版本的Pleccer在橋梁填充區(qū)域使用弧形懸垂，浪費了很多時間。盡管如此，這個預覽提供了未來版本的一些想法，不過，據(jù)他們在Github開源平臺上的發(fā)布說明顯示，這個問題在下一個版本中將得到解決。

目前，對用想要更深入地了解弧形懸垂無支撐3D打印技術的用戶，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支撐技術。

△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，因為它需要基于Python軟件。盡管Nicolai在它的GitHub頁面上提供了簡短的說明，但南極熊為熊友們整理好了運行該腳本所需的具體步驟：
●首先，下載并安裝Python，并確保在安裝過程中激活PATH選項
●接著，在硬盤根目錄下創(chuàng)建一個新的臨時文件夾，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臨時文件夾下
●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，因此需要進行一些額外步驟才能實現(xiàn)弧形懸垂。一旦設置完成并導出模型，后處理腳本將自動將常規(guī)懸垂替換為弧形懸垂。雖然這種方法可能有點復雜，但它提供了一種快速便捷的方式來優(yōu)化設置，甚至是算法本身，因為Python腳本可以輕松打開并進行修改。Nicolai不僅使腳本可以在PrusaSlicer中使用，還對其進行了多方面的改進。

Nicolai還開發(fā)了一個名為"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)合弧形懸垂來減少內(nèi)部應力和翹曲。這種方法可以提高打印質(zhì)量并減少打印時間。

因此，通過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，它們可能會變得軟化并增加重量，但這一現(xiàn)象可以用來補償翹曲。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鍵角上添加一些微小的支撐。盡管Nicolai的實現(xiàn)并不完美，但他完成了所有基礎工作，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雜模型

愛它請嘗試它

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

目前，盡管實現(xiàn)弧形懸垂無支撐的打印速度較慢且需要大量調(diào)整，但其優(yōu)勢顯而易見。該技術不需要任何額外的支撐材料，并且可以隨時生產(chǎn)可用的零件。如果我們繼續(xù)改進這項技術，它可能具有非常廣闊的應用前景。如果您對這些進展感到興奮，請嘗試并提供反饋，幫助推動開源3D打印技術的進步！