增材制造的一大優勢是可以制造復雜結構的產品，使很多我們之前所熟悉的產品變得跟原來的設計相比，零件更少，材料更少，具備相同甚至更好的力學性能，可以說增材制造給設計師們賦予了更多的設計自由度。

但，由于增材制造與傳統機加方式的原理不同，為“堆積”材料的工藝。因此，在進行結構設計時需要考慮支撐結構，熱歷史，打印時長，成本，成型質量等各種因素。由此，增材制造設計方法（Design for Additive Manufacturing (DfAM)）應運而生。它是考慮增材制造工藝而開展結構設計的科學方法。

一、支撐

- The more support material you have the more cost due to printing time

支撐材料越多，打印時間成本越高

- The more support material you have the more material cost you will have

支撐材料越多，打印材料成本越高

- The more support material you have the more time for the finish is needed

支撐材料越多，打印完成時間越長

由此可知，支撐是影響增材制造的重要因素，合理設置支撐結構十分必要！

那么為什么要有支撐？支撐有什么用？怎樣設計支撐？

圖1  不同懸垂角添加支撐對比圖

作用一：支撐懸臂結構，保證打印順利進行

如圖1所示當零件具有超過一定的懸垂角度的結構時，則需要支撐結構來支撐成型，保證良好的質量，否則不能成功打印。目前，大多數文獻表明懸垂角小于45°時須要添加支撐結構，同時由于后續除去支撐，支撐處的表面質量會大幅下降。

設計點一：結構設計的要點之一是避免懸垂角度大于45°的結構。

PS：像鉻或鈦這樣的材料也允許較低的角度。

圖2  不同位置設置支撐

同時，需考慮如何創建支持結構，以便打印后可以輕松刪除。僅僅把突出的表面擠壓到建造板的底部并不總是最好的辦法。

圖3不同應力區不同的支撐形式

作用二：承力、傳力作用，減少薄壁和“小結構”的變形

在增材制造過程中，支撐結構可以充當“支桿”的角色，承受和傳遞打印過程中的力，并通過降低零件的內應力來避免零件的強烈變形。

設計點二： 結構設計的要點之二是根據應力分布情況，在高應力區可以設置較多或較密的支撐結構，在低應力區可以適當減少支撐結構。

圖4支撐結構傳熱示意圖

作用三：傳熱作用，減少熱積累和熱變形

在增材制造過程中，支撐結構可以充當“導線”的角色，傳遞打印過程中的熱，并通過降低零件的熱應力來避免零件的熱變形。

設計點三：結構設計的要點之三是如果過程模擬顯示局部溫度較高的區域，額外的支撐結構可以幫助降低溫度;這樣可以減少變形。

此外，在打印過程中， 最好有一個平坦的熱梯度，以避免 可能導致裂紋的高應力區域。方法是： 可以在高應力區添加額外的支撐結構來影響這些熱區域。

同時，也應該 避免在x-y平面上有大的橫截面，因為這將導致較高的溫度，因為較長的熔覆軌跡意味著在這個區域會產生高的應力。方法是： 通過優化結構設計或通過調整零件的打印方向來改善熱積累情況。

       二、特殊結構

在零部件中，孔是十分常見的一種結構形式。上文說道，懸垂角小于45°，為保證打印順利進行，會產生支撐結構。 此外，一般來說 垂 直方向打印孔比水平方向大打印孔的質量好 ， 水平方向 孔的設計參考規則:0.6mm <直徑<  7mm， 當孔的直徑大于7mm(水平方向)時，應采用支撐結構。

圖5 3D打印中的孔結構示意圖

因此， 可以在不影響功能的前提下對孔結構進行改進，如 “ 水滴形”孔，“菱形”孔 等 。

圖6 3D打印中避免尖邊結構

在打印過程中，也應當避免尖邊，因為尖邊結構存在應力集中區，很容易產生裂紋，翹邊等，導致打印失敗。

建議壁厚的厚度不應小于0.4mm（目前還未弄清楚）， 調 整到 打印中使用的 層寬 間距。

考慮到有支撐位置去除支撐后表面粗糙度差，可以通過適當地改變設計，以避免不必要的支撐材料。 特別是避免在需要良好表面質量的地方使用支撐材料。

三、擺放位置

增材制造中，零件默認的成型方向為Z軸，合理設置零件的擺放位置可以極大地提高成型效率。

圖7 不同擺放位置導致效率不同