在FDM 3D打印过程中，支撑结构的问题一直是困扰从业者的关键因素之一。支撑结构虽然对于成功打印具有复杂悬空结构的模型必不可少，但它也会带来材料浪费、增加打印时间、后处理困难以及可能影响模型表面质量等一系列问题。因此，如何有效解决FDM 3D打印服务中的支撑问题具有重要的现实意义。
支撑结构在FDM 3D打印中的作用与困扰
作用
在FDM 3D打印中，当模型的某些部分在打印过程中没有下方的支撑时，熔融的材料会因重力作用而下垂或坍塌，导致打印失败。支撑结构的主要作用就是在这些悬空部分下方提供临时支撑，确保熔融材料能够按照预设的形状准确堆积，保证打印过程的顺利进行和模型的完整成型。例如，在打印具有复杂内部结构或突出部分的模型时，支撑结构可以防止这些部分在打印过程中变形或损坏。
困扰
- 材料浪费：支撑结构需要消耗额外的打印材料，增加了打印成本。特别是对于一些大型模型或需要大量支撑的复杂模型，材料浪费现象更为严重。
- 打印时间延长：支撑结构的打印需要额外的时间，这会使整个打印周期变长，降低了打印效率，不利于快速交付产品。
- 后处理困难：打印完成后，需要将支撑结构从模型上移除。这个过程可能会比较耗时且费力，尤其是当支撑结构与模型表面连接紧密时，容易在模型表面留下痕迹或造成损伤，影响模型的美观度和质量。
- 表面质量影响：支撑结构与模型接触的部分在移除后可能会留下不平整的表面，需要进行额外的打磨、抛光等后处理工序，增加了工作量和成本。
解决支撑问题的方法
支撑设计优化
- 模型优化：在设计模型阶段，尽可能减少悬空结构的设计。可以通过对模型进行适当的旋转、调整角度或重新设计结构，使悬空部分的角度小于45°，这样在一定程度上可以减少对支撑结构的依赖。例如，对于一个带有悬空平台的模型，可以将平台旋转一定角度，使其在打印过程中有下方的材料支撑，而不需要额外的支撑结构。
- 支撑结构类型选择：FDM 3D打印软件通常提供多种支撑结构类型，如线性支撑、网格支撑、树状支撑等。不同的支撑结构类型具有不同的特点，适用于不同的模型和打印需求。
- 线性支撑：结构简单，易于生成和移除，但与模型接触面积较大，可能会在模型表面留下较明显的痕迹。适用于对表面质量要求不高、结构相对简单的模型。
- 网格支撑：由相互交叉的线条组成网格状结构，比线性支撑更节省材料，且在一定程度上减少了与模型的接触面积，对模型表面质量的影响较小。适用于中等复杂程度的模型。
- 树状支撑：模仿树状结构，从模型底部向上生长出细小的分支来支撑悬空部分。树状支撑能够最大程度地减少材料使用量和与模型的接触面积，对模型表面质量的损害最小，但设计相对复杂，生成和移除需要一定的技巧。适用于对表面质量要求高、结构复杂的模型。
- 支撑参数调整：在打印软件中，可以对支撑结构的参数进行精细调整，如支撑密度、支撑间距、支撑与模型的接触面积等。适当降低支撑密度和增大支撑间距可以减少材料使用量和打印时间，但需要确保支撑结构仍然能够提供足够的强度来支撑悬空部分。同时，合理调整支撑与模型的接触面积可以减少后处理时对模型表面的损伤。
打印参数调整
- 打印温度：合适的打印温度对于支撑结构的性能和移除难度有重要影响。如果打印温度过高，支撑结构与模型之间的粘结力会增强，导致支撑结构难以移除，且容易在模型表面留下残留物；如果打印温度过低，支撑结构的强度可能不足，无法有效支撑悬空部分。因此，需要根据所使用的打印材料和模型要求，通过实验确定最佳的打印温度。
- 打印速度：打印速度也会影响支撑结构的质量。较快的打印速度可能会导致支撑结构不够牢固，容易出现断裂或变形；而较慢的打印速度则会增加打印时间。一般来说，在保证支撑结构质量的前提下，可以适当提高打印速度以提高效率。
- 层高：层高的选择会影响支撑结构与模型之间的结合程度。较小的层高可以使支撑结构与模型之间的连接更紧密，但会增加打印时间和材料使用量；较大的层高则相反。根据模型的具体情况和打印要求，选择合适的层高可以在支撑效果和打印效率之间取得平衡。
后处理技巧
- 支撑移除工具选择：选择合适的工具可以更轻松、安全地移除支撑结构。常用的工具包括尖嘴钳、斜口钳、美工刀、热风枪等。对于一些细小、脆弱的支撑结构，可以使用尖嘴钳或斜口钳小心地剪断；对于与模型连接紧密的支撑结构，可以先使用热风枪加热软化支撑材料，然后再用工具移除，这样可以减少对模型表面的损伤。
- 表面修复：在移除支撑结构后，模型表面可能会留下一些痕迹或不平整的地方。可以使用砂纸进行打磨，从粗砂纸开始逐步过渡到细砂纸，使表面更加光滑。对于一些要求较高的模型，还可以使用填补剂对表面的凹坑进行填补，然后再进行打磨和抛光处理，以达到理想的表面质量。
新型材料与工艺探索
- 可溶性支撑材料：使用可溶性支撑材料是解决支撑问题的一种有效方法。可溶性支撑材料在与特定溶剂接触后会溶解，无需手动移除，大大减少了后处理的工作量和对模型表面的损伤。常见的可溶性支撑材料有PVA（聚乙烯醇）等，它与PLA（聚乳酸）等常用打印材料具有良好的兼容性。在打印过程中，将可溶性支撑材料作为支撑结构，打印完成后将模型浸泡在相应的溶剂中，支撑结构会逐渐溶解，留下光滑的模型表面。
- 多材料打印工艺：一些先进的FDM 3D打印机支持多材料打印，可以同时使用两种或多种材料进行打印。通过合理选择材料组合，可以将支撑结构使用一种易于移除或溶解的材料，而模型主体使用另一种性能优良的材料。这样既保证了模型的打印质量，又方便了支撑结构的处理。