标准三轴熔融沉积成型（FDM）打印机的操作者长期遵循一条通则：打印水平悬垂时，必须在下方添加牺牲性支撑结构，否则热塑性塑料会下垂。然而，一项新突破正在挑战这一假设。

研究人员开发了一种全新的路径规划策略，让这些打印机能够在无需任何支撑结构的情况下制造出悬臂式的水平悬垂。其研究论文《波启发路径规划策略实现FDM无支撑水平悬垂》发表于《增材制造快报》七月刊。

这一成就的核心在于波传播理论。该系统不再铺设直线塑料线材，而是生成连续的工具路径，这些路径像辐射波一样运作。由于这些路径具有类衍射行为，它们能自然弯曲并绕过复杂几何形状。

当研究人员在普通框架式3D打印机上用标准PLA塑料进行测试时，新的波路径相比传统的弧形路径表现显著更优——即使在形状复杂的情况下，下垂明显减少，覆盖大幅改善，空隙更少。

作者Janis A. Andersons在一篇领英帖子中谈及该方法的潜力时表示：“45°规则从来就不是FDM工艺的固有局限。它只是我们一直告诉打印机如何移动的副作用。改变切片方式，极限也随之改变。”

为了进一步验证这一理论，团队打印了一个多层演示件。他们证明，一旦最初的、无支撑的波路径基底铺设完成，后续层就可以可靠地沉积在其上方。他们的测量还显示，对于所测试的几何形状，其尺寸偏差与采用传统支撑的零件相当，尽管在悬垂边缘附近观察到了一些热翘曲。

此外，团队还打印了另外四种代表常见工业悬垂配置的3D几何形状，以展示该策略的广泛适用性。最终，该研究证明，当工具路径根据波传播理论建模时，无支撑水平悬垂可以成功打印。

对于任何使用3D打印机的人来说，这都是一个实用的消息，因为实施该方法意味着可以节省大量材料。此外，还可以省去折断和刮掉支撑结构的繁琐后处理步骤。研究简洁地指出：“无支撑水平悬垂不应被视作天然不可打印的几何形状。在许多情况下，其可制造性由工具路径设计而非角度阈值决定。通过消除牺牲性支撑的需求，该方法在给出的示例中将材料消耗减少了多达39%。”

尽管研究人员指出，他们仍需要测试该策略在不同材料和打印条件下的确切极限，但这种新方法已经在挑战我们过去对标准3D打印极限的认知。

如果你想深入了解，可以阅读Andersons与Salomé Sanchez和Tom Vaneker共同发表的这篇论文。更好的是，你可以亲自尝试这一策略：它已经实现在PrusaSlicer和OrcaSlicer的衍生版本中。

*封面：热力图显示了在三种不同形状难度下，针对波悬垂策略的重力方向表面偏差（下垂）的空间分布，并附有对应打印样品的照片。波悬垂呈现出均匀的偏差分布。（所有图片来源：Janis A. Andersons, Salomé Sanchez 和 Tom Vaneker）