FDM 3D打印机新玩法：弧形悬垂无支撑3D打印技术

南极熊导读：3D打印被誉为一项颠覆性技术，工程师在其中拥有极大的设计自由度，可以实现许多具有颠覆性的创意。然而，这种方法在技术上也有其局限性，其中之一就是对悬垂角度的限制。悬垂角度越陡峭，打印就越困难。一旦到达完全水平的表面，由于挤出的材料无法支撑自身重量，可能会导致下垂或形变。

△传统支撑是在模型悬垂部分下面添加一些支撑结构来支撑打印材料，以防止它们下垂或变形

2023年3月21日，南极熊获悉了一种在3D打印中使用弧形悬垂无支撑（Arc Overhangs）的新方法，该方法有望替代传统的支撑结构，从而减少制造过程中的浪费和后期加工。

△弧形悬垂无支撑（Arc Overhangs）3D打印方法介绍视频

目前遇到的问题

根据工程师Steven McCulloch提出了的想法，将单独的弧形结构依次打印，这些结构互相支撑，可以打印出大型水平表面而无需支撑材料，我们可以称它为弧形悬垂无支撑3D打印技术。

虽然Steven的想法非常棒，但使用起来却有一定难度。因为Steven最初的脚本只是生成随机形状的测试打印。当用户用它来打印真实的零件时，我们不得不提取坐标，然后手动编辑 GCode文件。

好消息是，目前该技术有了新的进展，目前，国外有两个团队在切片软件中实现了新的悬垂算法。

SuperPleccer版本：https://github.com/rvmn/SuperPleccer/releases

Nicolais后处理脚本：https://github.com/nicolai-wachenschwan/arc-overhang-prusaslicer-integration

实现弧形悬垂的两种方法

第一个实现是由3D打印社区成rvmn在SuperPleccer中完成的，它是3D打印切片软件SuperSlicer的分支，专门针对多色打印进行了优化。另一个实现来自一个名叫Nicolai的德国人，他开发了一个后处理脚本，可以添加到任何现有的切片软件PrusaSlicer配置文件中。这个脚本可以自动检测常规悬垂，并将其替换为弧形悬垂。这真是令人惊叹，3D打印社区通过这个概念，可以利用他们的技能和动力使这项技术变得可用，甚至改进它。尽管早期实现仍存在一些问题，但它们也带来了显著的改进，例如减少弧形悬垂的翘曲。

△弧形悬垂无支撑技术使用类似于希尔伯特曲线的填充模式来填充悬垂部分，减少内部应力和翘曲，并且不需要传统的支撑结构

SuperPleccer切片软件

使用目前的SuperPleccer预发布Alpha版本是实现弧形悬垂最简单的方法。该软件已经实现了基础版本的弧形悬垂，只需将零件进行切片即可自动生成水平表面上的弧形悬垂，效果相当不错。

经过国外博主实际测试，当关闭厚桥、不使用擦拭并将提升速度降低到1-2毫米/秒时，可获得最佳效果。测试版本中还没有Steven最初编写的递归弧形，这种方法可以让每个段变得越来越小，从而完美填充最复杂的表面。

△使用自动角落支撑，软件会自动检测模型中的悬垂角，并添加适当的支撑结构来确保角落的正确打印。这样可以大大减少打印错误和后期加工的成本

在使用SuperPleccer时，弧形悬垂层通常会平整打印，但下一层打印时会出现严重翘曲。为了避免这个问题，许多用户建议在边缘添加小支撑柱。SuperPleccer可以自动检测悬垂角并放置小支撑，大大减少了翘曲，只需要一点点额外的材料和打印时间。不过，这是一个初步版本，许多功能还不完善，只有几个弧形悬垂设置可以通过GUI进行调整。此外，这个版本的Pleccer在桥梁填充区域使用弧形悬垂，浪费了很多时间。尽管如此，这个预览提供了未来版本的一些想法，不过，据他们在Github开源平台上的发布说明显示，这个问题在下一个版本中将得到解决。

目前，对用想要更深入地了解弧形悬垂无支撑3D打印技术的用户，那么你需要尝试一下Nicolai的PrusaSlicer后处理脚本，它直接基于原始的弧形悬垂无支撑技术。

△由后处理脚本生成的弧形悬垂

PrusaSlicer切片软件

若要使用PrusaSlicer切片软件和Nicolai后处理脚本，需要更多的步骤，因为它需要基于Python软件。尽管Nicolai在它的GitHub页面上提供了简短的说明，但南极熊为熊友们整理好了运行该脚本所需的具体步骤：
●首先，下载并安装Python，并确保在安装过程中激活PATH选项
●接着，在硬盘根目录下创建一个新的临时文件夹，路径中不能有空格
●下载Python脚本和要求文件，并将它们放置于这个临时文件夹下
●右键单击该文件夹并按住Shift键打开命令提示符，并输入pip install -r requirements

△希尔伯特曲线填充

Nicolai的PrusaSlicer需要使用Python软件，因此需要进行一些额外步骤才能实现弧形悬垂。一旦设置完成并导出模型，后处理脚本将自动将常规悬垂替换为弧形悬垂。虽然这种方法可能有点复杂，但它提供了一种快速便捷的方式来优化设置，甚至是算法本身，因为Python脚本可以轻松打开并进行修改。Nicolai不仅使脚本可以在PrusaSlicer中使用，还对其进行了多方面的改进。

Nicolai还开发了一个名为"Spiralize and Arc"的新脚本，它使用类似于希尔伯特曲线的填充模式结合弧形悬垂来减少内部应力和翘曲。这种方法可以提高打印质量并减少打印时间。

因此，通过在弧形悬垂的顶部打印这些填充图案，可以减少翘曲，相比于常规的直线填充。此外，Nicolai还注意到，如果将这些图案打印在悬垂的顶部，并且降低冷却，它们可能会变得软化并增加重量，但这一现象可以用来补偿翘曲。如果正确调整，可以在没有额外支撑的情况下获得漂亮、笔直的悬垂。如果所有这些调整都不起作用，仍可以使用支撑绘制工具快速在关键角上添加一些微小的支撑。尽管Nicolai的实现并不完美，但他完成了所有基础工作，使Python脚本能够在PrusaSlicer中轻松使用。

△"Manual Corner Supports"是指在PrusaSlicer 2.6中的一种功能，它允许用户手动添加支撑柱到3D模型的角落，以帮助打印出具有悬挂部分或桥梁的复杂模型

爱它请尝试它

现在我们可以在PrusaSlicer中轻松使用弧形悬垂无支撑3D打印技术。尽管这种方法可能不会取代常规支撑，但它们可能是它们的一个很好的补充。

目前，尽管实现弧形悬垂无支撑的打印速度较慢且需要大量调整，但其优势显而易见。该技术不需要任何额外的支撑材料，并且可以随时生产可用的零件。如果我们继续改进这项技术，它可能具有非常广阔的应用前景。如果您对这些进展感到兴奋，请尝试并提供反馈，帮助推动开源3D打印技术的进步！

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