非平面3D打印技术引发热议，不换硬件，也能提速、省料、提升质量

我们于近日分享的一个非平面3D打印的视频，各大平台获得了近4万的播放量，而且视频下方的讨论非常多，意外的火了。。。。。

事件的主角，是一家源自德国亚琛工业大学的深科技初创企业——Layer Performance，它开发了一种非平面与多轴切片技术，给3D打印的实现形式带来了新思路。

该公司官网显示，通过充分利用打印机的所有可用轴，其新的打印路径生产方式，能够将3D打印的速度最高提升10倍，强度提升4倍，减少90%的材料浪费，且可以将表面粗糙度降低94%

基于层叠制造背后的隐藏假设

大多数3D打印工艺，无论是桌面打印机还是工业机器人系统，都依赖于相同的基本原理：零件被分解成一系列平面层，然后逐层制造。

这种方法已被证明非常成功。它计算效率高、可靠性强，并且是当今大多数增材制造实现形式的基础。与此同时，3D打印部件的很多不理想特性，也都与此有关。

例如阶梯效应，为了提高表面质量，通常采用降低层厚的方案，但这会明显增加打印时间。 在机械性能上，FDM工艺本身就会产生各向异性，相邻层之间的界面也往往会成为强度薄弱点。

支撑则是另一项挑战。由于材料是沿固定方向逐层沉积的，复杂的几何形状通常需要额外的支撑结构，这会增加材料消耗、延长打印时间并增加后处理工作量。

这些局限性通常被认为是3D打印本身不可避免的后果。但从Layer Performance看来，这是由平面层层制造策略所导致的。

换个角度切片

切片通常被视为CAD和制造之间必要的转换步骤。但实际上，它发挥着更为根本的作用：

切片决定了几何形状如何转化为运动，材料如何在组件中分布，以及最终的制造过程如何展开。换句话说：切片不仅定义了零件的打印方式，还决定了零件在生产完成后将展现的许多特性。

如果生成能够贴合零件实际三维几何形状的刀具路径，曲面就可以呈现为真正的曲面。材料沉积可以根据局部几何和功能需求进行调整，制造指令也从基于平面的近似三维形状转变为真正的三维化指令。

这种方法通常被称为非平面增材制造或非平面3D打印。虽然这个概念听起来很简单，但它的影响却非常大。

表面质量显著提升

3D打印表面粗糙度虽然与机器精度有关，但曲面上观察到的阶梯效应本质上是几何形状在切片过程中转化为平面层时所致。

当刀具路径能够跟随零件的实际几何形状时，制造过程中就能更精确地呈现曲面。制造过程无需通过许多细小的台阶来逼近一个曲面形状，而是可以直接打印出所需的几何形状。

其结果不仅仅是外观上的改善。更好的表面质量可以减少甚至消除后续的精加工工序，而这些工序通常是整个工艺链中最耗时、最昂贵的环节。

从这个意义上讲，3D打印零件的表面质量与切片方式的关联度极高，而不仅是设备端的挑战。

新打印路径影响机械性能

传统上，各向异性被视为FDM工艺本身的制造特征。然而部件的机械性能不仅取决于材料本身，还与材料在部件内部的排列方式有关。

此前多通过零件摆放，来改变打印路径进而影响载荷传递。如今则可以使用非平面打印策略来优化打印路径，从而实现部件整体机械性能的均匀性。或者可以使材料沉积与预期载荷路径保持一致，将强度集中在最需要的地方。

这从根本上改变了切片的作用，它不再仅仅是生成机器指令，而成为了一种用于定制组件性能的工程工具。

无支撑打印

减少打印时间和材料浪费

3D打印消耗的材料和时间在生产开始前就已经确定。层策略、支撑结构生成和打印路径规划等方面的决策直接影响零件的生产效率。

当制造工艺不再局限于平面时，全新的优化机会便随之而来。支撑结构可以更少，材料沉积可以更加精准，生产时间也可以缩短，同时又不影响零件质量。

无支撑打印演示，可节省70%或更多的材料和生产时间

尤其令人感兴趣的是，这些改进并不需要更复杂的硬件，而是仅通过改变制造指令而改变。

3D打印未来创新应当包括软件

近年来，FDM桌面3D打印技术正在加速向多喷头、多色技术方向发展，但基于软件的打印路径创新则日渐被业界所重视。

非平面增材制造正是其中的典型例证。它表明，实现重大改进不仅需要更先进的设备，还需要从根本上重新思考制造指令的生成方式。

笔者发现，Layer Performance凭借这项创新，获得了德国“2025 年度数字初创企业”一等奖，以表彰其优秀的数字创新。

由于属于软件层面，该公司表示它可应用于各种现有的制造系统，如Prusa、拓竹和创想三维等制造商的桌面打印机，以及ABB和KUKA的工业机器人系统或其他多轴制造平台。

笔者还发现，这项技术还在Aconity3D的激光能量沉积金属3D打印系统上得到了验证。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。