支撑设置(第二期) | 一篇文章带你读懂3D打印中的支撑（上）
FDM 3D打印机的工作原理是将一层层的热塑性塑料堆积在一起，形成一个3D物体。这种方式下，每一层新层必须由前一层托住。如果模型有悬空结构，下面没有东西可以托住，就需要额外添加支撑结构，以确保打印成功。
支撑结构被认为是3D打印中无法避免的麻烦环节。一方面，对于悬空和跨桥结构，支撑是绝对需要的。另一方面，支撑增加了材料成本，增加了更多的后处理工作，甚至会损坏模型表面。因此，合理设置支撑结构是打印复杂3D模型中一个非常重要的方面。
在本系列中，我们将详细介绍所需了解的关于3D打印支撑结构的所有内容。
什么时候需要支撑结构?
一般来说，当模型有悬空或跨桥结构，下面没有东西可以托住，就需要用到支撑结构。下面用字母Y、H和T表示悬空或跨桥结构。
Overhangs（悬空）、Bridge（跨桥）
并非所有的悬空都需要支撑—45度定律
并非所有的悬空都需要支撑。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。
事实上，在连贯的层面之间，3D打印机移动的水平偏移非常小(几乎不明显)。因此，一个层面并不是完全叠加在前一层之上，而是叠加在一个很小的偏移量上。这使得打印机可以打印出垂直倾斜不太大的悬空物。任何低于45度的悬空都可以被之前的层面托住。45度通常被认为是临界角度。
这方面也可以用字母Y和T表示。字母Y的两个突出部分与垂直方向的夹角小于45度。因此，如果想打印字母Y，可以不用任何支撑结构!
图片来源：3DHubs
而字母T的伸出部分与垂直方向成90度。因此，必须添加支撑来打印字母T，否则将打印的一团乱，如下图所示。
图片来源：3DHubs
并非所有的跨桥都需要支撑- 5毫米定律
跟悬空一样，并非所有的跨桥都需要支撑。如果跨桥的长度小于5mm，打印机就可以打印出来，不需要支撑结构。
为了做到这一点，打印机使用了一种叫做“桥接”的技术——它将热材拉伸到很短的距离，并设法以最小的凹陷量打印出来。
但如果桥长超过5mm，这种技术就不起作用了。在这种情况下，就需要添加支撑结构。
测试打印机不加支撑打印悬空物
如果垂直度低于45度，就不需要支撑。但情况因人而异，这在很大程度上取决于你的打印机，包括打印机性能和你正使用的材料。打印机性能不好，可能无法打印出垂直35度或40度的悬空物！
在开始打印带有悬空的模型前，最好先了解下打印机能否打印无支撑悬空物。
从3D打印库下载一个带有大量悬空的模型并测试打印。下图模型带有从20-70度的悬空，悬空增量为5度。
确认打印开始失败的角度。这就是你的打印机在不添加支撑情况下可以打印的最大悬空角度。记录下这个角度，稍后可用来衡量哪里需要添加支撑，哪里不需要。
3D打印支撑结构的缺点
为什么我们要费心分析哪里需要支撑，哪里不需要支撑。这么麻烦是因为添加3D打印支撑结构也有一些缺点。
材料成本增加
如果在生产中使用3D打印，那么就会在意每个模型的成本。如果你是一个预算紧张的业余爱好者，你可能也会关心这个问题。
3D打印支撑结构明显增加了模型的成本。支撑结构消耗材料，这些材料随后被拆除和丢弃。所以每一次3D打印添加支撑结构，都会增加模型的成本。
打印时间延长
因为需要打印更多的物料，支撑结构也增加了打印时间。
后处理工作增多
支撑结构不是模型的一部分。它们用于在打印过程中支撑模型。这意味着一旦打印完成，就有了额外的工作，即拆除支撑。
图片来源：: Formlabs
在生产中，增加的人力成本会导致模型成本增加。
有毁掉模型的风险
支撑结构接连并嵌入模型表面。如果拆除3D支撑的过程中不细心，就可能会在模型表面留下瑕疵。最坏的情况，部分模型可能会随着支撑结构断裂。
左:带支撑模型。中:支撑拆除造成损坏。右:支撑拆除损坏较小
(图片来源：3DHubs)
总之，使用支撑结构也有明显的缺点。所以尽量少用支撑结构，只在必要时添加支撑。
支撑结构的几何学
有两种常见的3D打印支撑结构：树形支撑和线形/风箱形支撑。
树形支撑
树形是一个类树结构，用来支撑模型的悬空部分。这种类型的3D打印支撑只与悬空的某些位置点相连接。
使用树形支撑的优点是，更容易拆除，不会损坏悬空底面太多。但要注意的是，它只适用于非平面的悬空，如鼻尖，指尖或拱形。对于平面的悬空，树形支撑不能提供足够的稳定性。
线形/风箱形支撑
这也是3D打印中较常见的支撑类型。这类型的支撑由垂直的柱子组成，这些柱子与整个悬空相接。几乎每个悬空和跨桥都能用到这种支撑。但是它更难拆除，还有可能对模型表面造成损坏。
左:线形支撑 右:树形支撑
在下一期的推文（第三期）中，我们将继续介绍如何从CAD设计阶段到打印阶段，使用这些技巧。下期推文内容要点包括：
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易于拆除的支撑类型
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如何拆除3D打印支撑结构
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巧妙的设计使支撑结构最小化
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如何不加支撑打印悬空和跨桥
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支撑结构参数设置
