现实与优势
无支撑金属 3D 打印

2022 年 10 月 10 日 | 阅读时间：4 分钟

无支撑3D 金属打印 是一个很有吸引力的提议。但它的真正含义是什么，为什么如此吸引人？了解什么是无支撑打印 ，它是否真的可行，以及它能带来哪些好处。

无支撑是什么意思

在增材制造 (AM)中，无支撑构建是指开发完全独立于任何支撑结构生产 3D 打印部件的方法。在制造过程中，通常会使用支撑结构来加固和保持所制造部件的结构。这是必要的，原因有多种，取决于所建造部件的尺寸和形状。

支撑件的放置具有战略意义，可防止热应力导致的变形，促进热量从熔化的材料中传出，并保护成型部件不受再刮刀刀片的影响，因为如果发生撞击，刮刀刀片可能会破坏部件的形状。它们还能在构建过程中为零件提供额外的刚性，例如，将零件固定在构建板上，使其保持稳定。为了将材料层堆积成合适的形状，部分粉末被用来制作支撑物，以支撑部件的突出部分打印 。无支撑打印的理念将摒弃这些支撑，使部件可以完全独立构建，并在打印完成后立即投入使用。从概念上讲，无支撑打印有很多好处，这也是为什么它一直是行业内的一个愿望。它不仅意味着在建造过程中使用的材料更少，而且还有其他优点。那么，最大的问题是：3D 完全无支撑打印在物理上是否可行？
 

使用支撑结构进行 3D 打印优缺点

支撑架的主要功能是在正在制作的部件下方形成一个小型的凸起构建平台。它们为构建提供了额外的结构。在某些情况下，如果没有合适的支撑，零件将无法完全成型。这种情况最常见于零件的悬空部分，或者零件需要一个贯穿整个零件的孔；这两种情况在制作过程中都会出现无法固定的情况。使用支撑件可以制作出底面较窄或有间隙的零件。一般来说，从构建平台向外延伸 45 度以下的任何方面都需要支撑，这意味着任何以锐角升高的部件都可能需要在构建过程中考虑支撑因素。虽然在 AM 过程中构建支撑物有利于创建更复杂、更精细的零件，但它也有一些缺点。这些缺点主要与材料、打印时间和后处理有关。

缺点 1 - 打印时间

与逐层创建部件本身的方式相同，每个支撑物都需要随着每层构建逐步打印。这导致打印时间延长，降低了效率，耗费了更多能源，对构建成本造成了多方面的影响。

缺点 2 - 材料消耗

由于支撑件的制造方法与制造部件的其他部分相同，这意味着在制造支撑件时会使用多余的材料。在后加工过程中，支撑件会从最终产品中移除，并作为废料处理，从而影响时间和成本。

缺点 3 - 后期处理

大多数 3D 打印零件都要后处理，这可能包括几个阶段，具体取决于需要完成哪些工作才能使零件适合使用。这可能包括机加工和表面处理，以提高零件的公差和减少表面粗糙度，以及热处理，以提高机械性能和消除制造过程中产生的热应力。通常还需要最后的清洁阶段来清除多余的粉末。与减少支撑物的数量或尺寸相比，使用更大、更多的支撑物进行构建需要更长、更密集的精加工过程。这个耗时的过程不仅对人工要求高，而且成本也会增加。专家的劳动时间和必要的工具增加了产品制造的底线。在某些情况下，有些支撑物无法触及，因此无法拆除。虽然这些支撑可能不会妨碍零件的功能，但会增加重量，并可能影响零件的整体性能。就精密工程而言，如果能够在不使用这些支撑物的情况下进行打印，则可为零件的未来使用带来巨大的好处。

无支撑打印的好处

通过转向无支撑 3D 打印 ，AM 工艺可以在经济、环保和时间方面得到改善。在构建过程中不需要构建支撑物意味着粉末床中熔化的材料会减少，这对 AM 有多方面的好处。

制造速度秘诀 #1：缩短生产时间

如果打印机中的激光器不需要在构建过程中不断添加支撑结构，就会缩短打印时间。虽然对于每一层的构建来说，这只是节省了一小部分时间，但在整个构建过程中，这将大大缩短完成部件生产所需的时间。如果将其应用于大规模制造，则可使公司大大缩短生产时间。

制造速度秘诀 2：节省后处理资源 

如果一开始就没有支撑物，就意味着在后处理阶段完全不需要移除支撑物，这往往会对交货时间产生重大影响。后工序的大量时间都集中在拆除支撑物上。由于支撑件是附着在最终产品上的，因此需要将其拆除，并对表面进行处理，直到与零件表面的其他部分完全匹配。要做到这一点，需要专业技能和工具，这就花费了公司的金钱和时间。在极端情况下，构建过程中一分钟的处理步骤就可能导致交付周期延长一天。如果采用无支撑构建，就不需要进行如此密集的后处理调整，从而可以更快、更便宜地完成零件。无需移除附着的支撑物，打印出的零件也能立即获得更好、更一致的表面光洁度。

制造提速秘诀 3：减少材料消耗，降低对环境的影响

考虑到可持续发展和负责任的制造，不使用支撑物，甚至减少支撑物的尺寸和数量，显然意味着使用更少的材料。这就减少了材料浪费和能源消耗，降低了3D 打印的经济和环境成本。它还缩短了初始打印流程和完成零件的后加工程序的总时间，从而提高了效率和简便性。

由于行业领导者的创新思维，关键的 45 度角现在受到了质疑和挑战。现在已有许多软件和参数包，使用户能够以更小的角度打印悬臂和桥梁，而不会影响 3D 打印工艺的效果和所生产金属零件的质量。

请看这个关于叶轮护罩的案例研究，尽管悬伸角度达到了令人印象深刻的 10 度，但仍实现了无支撑构建。在这个特殊的项目中，还完全消除了内部支撑，这使得后处理程序变得更加简单--零件内部位置不佳的支撑即使不是最大的，也可能是最难消除的。通过减少支撑物的尺寸和数量，叶轮的总体生产成本降低了 35%。工艺开发团队从类似的定制专业项目中汲取了研究成果，并将其应用到 "即插即用 "3D 打印软件的标准工艺中。这意味着，现在即使没有专家顾问，您也可以将角度限制降低到 20 度作为标准。

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