干货 | SLA/DLP/LCD 3D打印支撑结构全解



 

光固化SLA/DLP/LCD 3D打印中一定会用到支撑结构,支撑结构是确保光固化3D打印件能被成功打印出来的重要元素之一。支撑使得模型不会变形以及崩塌。但也正因为支撑作为整体打印件不可分离的一部分,打印完成后就需要一系列的后处理来拆除支撑以及处理支撑留下的痕迹。


下沉式和上拉式3D打印中的支撑结构


下沉式和上拉式3D打印中的支撑结构往往不太一样:


在下沉式3D打印中,支撑结构跟FDM比较类似,用来保证悬空和跨桥的成功打印。在下沉式3D打印中没有拉拔力/离型力(点击了解拉拔力/离型力详情:CHITUBOX实验室(2) | 拉拔产生的Z轴纹路如何消除),因此一般来说,模型可以摆放成任意角度。在下沉式3D打印中,最需要把控的是减少支撑的数量,防止拆除时损坏模型表面;同时降低打印的总层数以降低打印时间。

上拉式3D打印中,因为离型力的出现,情况会复杂的多,因为最需要考量的元素变成了如何减少拉拔力/离型力。影响拉拔力/离型力的因素有很多:树脂黏度、离型速度、新成型层面面积、新成型层面与离型膜高度距离。这些因素中,新成型层面面积会影响到支撑结构。因此在上拉式3D打印中,模型往往需要摆放成某一角度,来减少每层的横截面积。而减少支撑的数量并非首要问题。


下面,我们将重点说明上拉式3D打印的支撑结构。


摆放位置影响支撑位置和数量


摆放位置对SLA/DLP/LCD 3D打印的支撑位置有至关重要的影响。通过调整模型摆放,支撑的数量可以大大减少。此外,如上文所说,调整模型摆放还有助于保护模型表面质量。



在CHITUBOX里,可以用以下两种方式调整摆放。点击摆放按钮,每次增加或减少0.5°来逐渐调整位置,也可以直接在输入框中输入角度数字。



另外,还可以直接鼠标双击调出旋转指示线,通过移动鼠标,调整模型XYZ轴方向。其中红色旋转指示线控制X方向,绿色控制Y方向,蓝色控制Z方向。



上拉式3D打印哪里需要支撑?


悬空和跨桥


很多文章里,习惯用字母Y、H和T表示悬空或跨桥结构。



如果一个悬空倾斜的垂直角度小于45度,那么可以在打印此悬空时不用支撑。字母Y的V型部分,分别与垂直方向成30度,因此无需支撑。而字母T的延伸部分与垂直方向成90度。因此,必须添加支撑来打印字母T。同样地,并非所有的跨桥都需要支撑。如果跨桥的长度小于5mm,打印机就可能不需要支撑结构打印出来。


事实上,这些临界值很大程度上受限于3D打印机、材料、参数等有关的实际情况。因此,用悬空(thingiverse.com/thing:40382)和跨桥(thingiverse.com/thing:3931816)的测试模型来实测3D打印机的性能就很有必要。



有一个更简单的方法用来判断上拉式3D打印中哪里需要支撑,就是在CHITUBOX切片预览模式下,轻松识别这些位置。



拿上面这个“吉祥安康金鼠”模型为例。我们重点关注底座的以下几个位置,悬空开始出现和分开的位置,可以看到这一层是和之前固化的层面连接在一起,无需支撑,就可以逐层叠加。



随后底座悬空开始向两侧延长,一整片的层面开始分离,但可以看到,即使在分离过程中,新的层面依旧和之前固化的层面连接在一起,直至整个悬空结构打印完成。



至于“吉祥安康金鼠”的部分,所有CHITUBOX切片预览模式下悬空的部分,都需要添加支撑。



薄弱结构


上拉式3D打印中的拉拔力/离型力可能造成薄弱结构处的变形、层纹、甚至拉断。虽然这些位置不加支撑理论上也可以成功打印出来,但考虑到打印过程中稳固结构,最好还是给这些薄弱结构添加支撑。


SLA/DLP/LCD 3D打印的支撑形状


柱状


SLA/DLP/LCD 3D打印最常见的就是柱状支撑。看上去像一根根的柱子,只有顶部和模型接触,更加节省树脂材料。柱状支撑满足绝大部分应用,不会过多的损坏模型表面质量。


片状


片状支撑就像较薄的墙面结构,用来支撑模型主体,增加稳定性。他们比主体薄的多,垂直于主体结构。对于平坦的悬空结构,片状支撑比柱状支撑提供更好的稳固性。但是在后处理的时候,片状支撑会在模型表面留下更多残留物。


网状


网状支撑可以理解为多个片状支撑交织成的网格形成一个底座位于模型底部。模型底部几乎被这些网状支撑全部包裹住。因为比片状支撑更薄,网状支撑更易拆除。同时网状支撑的接触点更细密。