3D打印中,打印支撑一般费时费料。对于一些模型,其实用桥式打法(Bridging)取代支撑,就可以达到同样的效果,而且省料省时省事。
什么时候用桥式打法?
顾名思义,就是对于类似下面桥梁的结构。梁虽然悬空,但梁下可以不用支撑。
图:适用于桥式打法的结构
复杂一点的例子,Thingiverse上的这个魔方由3个相同的部件构成,打印时是按照右边紫色/橙色的方向放置的,不需要支撑。
图:魔方及其部件
本文后面还有其它的例子,比如墙上的窗户或者镂空的孔。
桥式打法的过程
当然是直接飞线过去。下面是两个例子。
图:魔方桥式打印过程
图:立面上六边形孔的打印过程
桥式打法中的问题
典型的问题就是塌陷。如下面两个例子所示(照片是将物件放倒了拍的,但打印时是立着的)。
图:墙上的“窗”及缺陷(打印时是立着的)
图:墙上的六边形孔及缺陷(打印时是立着的)
问题分析
从前面六边形孔的打印过程的图中,看到“梁”的底面的填充率似乎不是%。实际上是这样吗?让我们在切片软件(Simplify3D)中看看打印头的路径。
图:桥梁底面的打印路径
上图中可以看到桥梁底面和填充层的差别。这说明,桥梁底面确实是底面的打法。
但是,折线式的填充打法,即使填充%,对于悬空的梁仍然是不稳定的。
桥式打法的优化
最理想的打法是在打印“桥梁”底面时,所有的线都是直线飞跃“桥墩”的。这样能对桥梁底面提供最高强度的支撑。
增大外圈数
一种办法是加大外圈数。如下图所示,飞跃“桥墩”的直线由4根变成了6根。
图:加大外圈数
但当物件厚度不够时,设置的外圈数不一定能生效。比如下图中,设置的外圈数是5;但对于中间的那个图,理论上应该可以飞8条直线,但实际上只飞了6条直线。
图:外圈数为5时的圆柱形桥梁的打印路径
同心圆填充
前面的六边形孔在设置外圈为4时,也只能飞6根线。如果同时还设置同心圆填充,则可以飞满8根线(对于当前的厚度,最多8根线)。
图:同心圆填充
两者的差别
两种方案哪个好?——不能一概而论。物件形状/厚度不同,或填充率设置不同,都有可能导致不同的结果。下面是一个方形桥梁结构的打印路径。
图:外圈数2,同心圆填充
图:外圈数5,直线填充
上面的两种设置中,虽然都是10根飞线构成桥梁底面,但可以看到后者更好。因为后者的10根线是全部从桥墩上跨越的;而前者,中间的4根线由于没有落在“桥墩”上,并不能提供支撑,反而是负担。
结语
对于有桥梁桥墩式的结构(包括窗、立面上的多边形孔等),我们可以用桥式打法来避免使用支撑。要点是让飞线直接跨越“桥墩”,但两端要附着在“桥墩”上。使用的手段包括增大外圈数,使用同心圆填充等。具体效果可能取决于模型形状甚至软件算法,所以在不确定时可以先在切片软件中预览路径。
顺便说一句,如果不想让桥梁相关的设置应用到整个模型上,可以酌情使用分区间设置(不同的层高/范围使用不同的设置)
下图是优化设置后的测试模型成品。
图:圆柱形及方形桥式结构成品
至于桥梁的最大跨度,取决于材料,层高/线宽,打印速度等多种因素。对于最常用的0.2mm层高的PLA,常规设置下,实测20~30mm是问题不大的。