懸浮半空，日后3D打印都不需要支撐了嗎？

將來的某一天，我們在用3D打印制造復雜幾何形態(tài)的時候，可能就不再需要支撐材料的幫助了——無重力3D打印技術(shù)就為我們呈現(xiàn)了這樣一幅充滿想象力和令人激動的圖景。請想象一下 ，一個物體，懸浮在半空中，無論你用FDM、SLA還是SLS技術(shù)，它都能穩(wěn)定地保持自己在制造過程中的結(jié)構(gòu)。

在真空狀態(tài)下，打印所用的材料會漂浮在打印平臺之上，之后，一種特殊的3D打印技術(shù)會將其熔化，然后噴嘴、激光束或者UV光線（視你選擇的打印技術(shù)而定）在打印每一層的時候，物體會跟著同步地進行旋轉(zhuǎn)和位移，最后打印出新的復雜結(jié)構(gòu)。也就是說，改變現(xiàn)在模型不動而噴頭動的方式為噴頭不再移動，讓模型自身動起來。

打印的模型通過反重力裝置懸浮，在打印之初就需要設(shè)置好全部的參數(shù)——外形特點、幾何形狀和表面特征也必須設(shè)置。當打印機打印完成的信號燈亮起，你就可以把你的模型從失重狀態(tài)的打印艙里抓出來了。

聽起來太科幻了！不過，打破思想的藩籬，讓一切不可能變得可能，這才是發(fā)明的意義吧？現(xiàn)在，有三項新的打印技術(shù)，正在引領(lǐng)我們無限接近剛才的想象。

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FDM的驚天逆襲

來自西班牙加太羅尼亞國家建筑學會（IAAC）的Petr Novikov 和Saša Jokić 和荷蘭的里斯•拉曼實驗室一起，為“反重力建�！弊龀隽俗吭降呢暙I。這項技術(shù)可以通過調(diào)整3D打印過程中，機器處理模型傾斜度、平滑度和尖銳角度的方法，讓我們不會再看到打印中的模型在自己面前轟然崩塌的慘劇。

他們的目標是反重力建模技術(shù)可以擺脫傳統(tǒng)的制造空間和支撐材料的限制，制造出幾乎所有大小和形狀的物體。

乍一看，這個機械臂粗糙的不像是3D打印器械，倒像是建筑工地里的打樁機……但是仔細看它所打印出來的軌跡，不是直立于某一水平面上的，而是浮在空中的！通過中和重力的影響，該團隊突破了現(xiàn)有的3D打印物理極限，實現(xiàn)了任何角度任何方向上的打��！雖然目前打印仍然需要一個支點，但是跟現(xiàn)有的技術(shù)相比，已經(jīng)是巨大的突破。

這項技術(shù)可以向外擠壓熱熔型聚合物，這些聚合物材料可以在不同角度瞬間凝固成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它可以輕易附著在垂直立面上進行多方向打印，打印出的曲線幾乎可以在空間中自由伸展并且無需支撐。

“無錨的”選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（ASLS）

低溫環(huán)境下的SLS，快速燒結(jié)金屬粉末提高模型承壓。

如果把打印平臺比作一個池塘，那么3D打印里的支撐就非常像一個“錨”。

謝菲爾德大學高級增材制造研究中心（ADAM）的Neil教授和他的團隊已經(jīng)開發(fā)出一種新的激光燒結(jié)技術(shù)，通過把低溫熔體金屬粉末燒結(jié)成3D打印模型，來擺脫支撐對3D打印結(jié)構(gòu)的束縛，這種技術(shù)被稱為“無錨的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)”。

這個概念基于冶金學中的“低共熔合金”，這種合金會在一個較低的溫度（低共熔點）急劇凝固。舉例來說，鋁的熔點是攝氏660度，硅是1414度，但是硅鋁合金的低共熔點溫度只有577度。如果他們能夠進一步加快這一硬化過程，再復雜的幾何形態(tài)，在應力點上都可以無需使用額外的支撐。

“當3D打印在一層一層構(gòu)建新模型的時候，很大的一個障礙是模型需要依靠支撐進行構(gòu)建，支撐就像是一個“錨”，模型的打印需要圍繞這個錨點來進行構(gòu)建，只有這樣機器才能打印出懸伸出去的部分，而我們就在改變這種傳統(tǒng)的做法�！盢eil教授如是說。

該團隊目前還在探索在一個較高溫度上，實驗材料鋁粉的性狀變化問題，目前已經(jīng)取得了實質(zhì)性的進展。

在利用SLS技術(shù)進行打印的時候，為了轉(zhuǎn)移或減小某一結(jié)構(gòu)上過大的壓力，通常的方法是在此處增加一個錨點（即設(shè)置一個支撐），但是ASLS的對策是在低溫狀態(tài)急速固化模型來應對壓力。


分布式凝膠打印技術(shù)（GDP）

FDM和SLA的跨界組合。

以色列公司MASSIVit 3D最近針對打印大型物件，研發(fā)了一種獨特的3D打印技術(shù)，尤其適合需要很多支撐的懸挑和多角的結(jié)構(gòu)。

分布式凝膠打印技術(shù)所用的打印機需要一個可移動的起重機架來紫外光源照射光敏材料。一旦紫外線照射到某個區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的光敏性凝膠就會固化成堅固的聚合物。結(jié)合該公司的專有軟件和特殊光敏性凝膠，分布式凝膠打印技術(shù)可以在沒有支撐的情況下輕易打印直立墻壁和天花板。

這項技術(shù)結(jié)合了FDM和SLA的雙重優(yōu)點，它使用類似FDM的工作方式，以SLA的工作原理進行打印。請把FDM機器的噴頭想象成一個UV燈，這個燈沿著打印路徑飛快移動，固化路徑上的凝膠。


無支撐3D打印技術(shù)的巨大優(yōu)勢

第一項真正實現(xiàn)純粹的無支撐3D打印的技術(shù)，將創(chuàng)造3D打印向全工業(yè)行業(yè)滲透發(fā)展的局面，其中最具有經(jīng)濟價值的益處在于幫助裝備制造業(yè)實現(xiàn)真正的“零損耗”，為企業(yè)節(jié)省巨大的能源、材料和時間成本。

對于個人消費者來說，我們完全不需要花費時間和精力在模型的后處理上，3D打印本來是非常炫酷的技術(shù)，而掰掉支撐的過程總是讓人郁悶和煩躁。讓我們一起期待著上述的三種技術(shù)早日普及吧。

編譯作者：老鹿，微信公眾號  智造桔（tino3d）