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對于LPBF金屬3D打印技術來說，支撐結構仍然難以完全避免。這些結構主要承擔三個任務：支撐粉末床中的懸垂結構、快速傳導熱量以及防止殘余應力引起的變形。
制造完成后，支撐結構需要移除。這是一個非常耗時而且依賴人工的過程，還存在安全風險，零件的表面一致性也很難保障。
為了把支撐結構做的又好去除又能確保成功打印，幾年來工藝技術人員做了大量工作。
Fraunhofer IAPT（弗勞恩霍夫應用物理與技術研究所）的研究人員在近期系統分析了66篇科學論文和商業解決方案，對支撐結構的去除工藝、易去支撐的設計方法進行了系統梳理，還從適用性和自動化程度的角度對各種方法進行了描述和評估。
規避支撐是最理想的方案，但有局限性
對于LPBF工藝來說，完全不加支撐無疑是更好的解決方案。文章梳理立了三種策略來規避支撐。
1.零件擺放優化
首先是通過零件擺放找到最適合的打印角度，使支撐體積和接觸面積最小化，但同時也要考慮工具在去支撐時能否到達。但零件設計本身已經固定，通過調整打印方向來優化支撐的效果有限。
2.零件自支撐設計
進一步的改變就是在零件設計之初就考慮可打印性的問題。工藝技術人員往往會測試不同材料的可打印極限，進而制定設計指南。通過將3D打印與拓撲優化等方法結合，可以設計出免加支撐的形狀。
但論文作者同時也指出，強制采用完全自支撐設計會給任務造成相當大的限制，通常會導致性能下降。因此，仍然需要其他策略來應對支撐結構。
3. 非接觸式支撐
研究人員并沒有直接提到使用無支撐打印工藝，而是提出了一種非接觸式支撐的概念。筆者查詢發現，這種支撐結構由GE航空開發。
它的巧妙之處在于支撐并不與工件連接，兩者之間存在一定間隙，既能保證足夠的熱傳遞，又確保工件和支撐結構不會融合。非接觸式支撐的概念最初應用于電子束粉末床熔融，如今已被用于LPBF工藝。
對于此類支撐設計，間隙距離是關鍵的因素，但需要使用有限元建模來正確評估熱流，而且無法有效避免殘余應力引起的變形。因此，此類支撐的實用性仍然不足。
4. 加熱粉床
有研究人員采用紅外加熱粉床形成半熔化態的固結粉末，來充當支撐，雖然成功打印了長度18mm的懸臂梁，但依然無法避免殘余應力引起的變形。
核心結論：完全避免支撐幾乎難以實現
弗勞恩霍夫增材制造技術研究所的人員指出，雖然各種策略可以減少對支撐的需求，但由于設計限制和工藝要求，某些情況下仍必須使用。
除了懸垂之外，支撐結構對散熱、緩解殘余應力和變形也起著至關重要的作用。粉末床熔融工藝中復雜的熱動力學特性使得支撐結構的使用成為必要，尤其對于尺寸較大、結構復雜的部件而言更是如此。
由于零件的形狀通常是固定的，無法在生產過程中更改，因此支撐結構的優化仍然至關重要。
面向手動去除的支撐設計優化
既然無法避免，就要讓支撐變得好拆。文章評估了20篇相關文獻，發現大部分研究聚焦于優化支撐結構來方便人工去除，而非適配自動化設備。主要分為三種類型：
標準支撐優化：針對Materialise Magics等商用軟件中的支撐，研究網格疏密、齒形形狀等對去除的影響。通過減小接觸面積可以讓支撐去除變得容易，但會削弱支撐強度，需要尋找平衡點。
點陣支撐：采用TPMS晶格或桁架結構，優點是體積小、接觸面少、粉末易清除，但計算量大，且難以完美貼合復雜曲面。
新型支撐與拓撲優化：通過算法生成樹狀或仿生支撐，理論上可以提升可拆除性，但缺乏實驗驗證，自動化程度也參差不齊。
自動化去除支撐
支撐去除在未來十年是否依然依賴人工？這一點沒人能給出肯定的答案。采用自動化的方式去除支撐也已經發展了多年，主要有機器人鑿除或CNC銑削的機械方法，以及化學方法。
機械方法是目前應用的主流，不過這種方案需要復雜的編程，而且如果支撐在零件內部，去除也同樣困難。
來自拓博增材
化學方法是將零件浸入特定化學溶液中，只溶解支撐連接處，碰到零件本體時反應自動終止，目前已經有研究人員對不銹鋼、In718和TC4鈦合金進行了測試，具有重要應用潛力。
根據文章的描述，當前LPBF技術國內外都還主要依賴人工去除支撐，這就要求在零件設計、打印之處的工藝規劃階段，考慮到支撐去除的難易問題。
注：本文由3D打印技術參考創作。
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