支撐結構簡化法則

如前所述，多種材質積層加工製程可將原空的區域填入新物件，做為新廢料 區成為自然支撐，但每新添加一種物件即會多增加一組物件道次加工，會增加層 加工時間以及材料的浪費，因此，如何進一步簡化廢料區之支撐結構將是本節主 要研究的重點。

大部分的RP 系統，例如 SLA、FDM 等製程皆因無廢料區域，故需額外建立 支撐結構，避免工件因無支撐結構而產生翹曲、陷落與變形等問題，由於新式多 種材料薄片積層製程也可視為一般無廢料區之快速原型系統，因此在建構工件也 會遭遇幾種需建立支撐結構的問題，如圖 4-7 所示，圖（a）為工件具有突出物體 產生懸臂樑效應，發生變形，圖(b)為工件製作中發生孤島效應，圖(c)為斜面區因 自重關係產生不穩定結構。由於製程是以物件道次加工方式將支撐物件以面積方 式直接建立，與SLA 與 FDM 等 RP 系統以點對點方式形成之支撐結構，並不相同，

自然對於簡化支撐結構之設定會有不同的考量，因此，需以不同的支撐結構情況 加以討論。

圖4-7 RP 製程建構工件的幾個支撐問題

為能取得工件所需之支撐結構，使用輪廓投影法方式[34]，在工件內外輪廓中

( a(a) Overhang

下方需建構支撐結構，而剖面上方則完全不需要支撐，因此 AA 剖面上方的任一 切層所產生之空區域，無須加入支撐物件。

圖4-8 葫蘆工件所需建立支撐結構圖

一般快速原型系統所需建立的支撐結構是愈精簡愈好，以降低在製作支撐結 構所耗費的時間。但在物件加工之概念中，被非如此，一般最常見的情形是在空 區域內並未填滿支撐物件，亦即支撐物件相鄰周遭仍有空區域，因此我們採取”完 全支撐”的概念，即為若在空區域內有產生支撐結構時，無論此支撐結構形狀或大 小，都將此空區域填滿支撐物件。如圖4-9 所示，為內部具圓形之中空件的輪廓斷 面圖，以輪廓投影法，可得綠色區域的支撐結構。將其在斷面輪廓進行切層，利 用物件定義法則可得物件定義圖，如圖4-10 所示，(a)為 AA 剖面處之物件定義圖，

(b)為 BB 剖面處之物件定義圖。

4-9 具圓形中空開口工件的輪廓斷面剖面圖

A A

支撐結構 工件 中空區

B B

A A

如圖 4-10(a)所示，A10為第一層級之工件，B11為支撐物件，在 B11內仍存有

物間緊緊包圍，會有支撐強度不虞的問題。而另一個例子則為空區域內產生過多

4-3 小結

廢料剝除的問題是薄層積層加工製程中最大的困擾，因此為能解決此問題，

本章提出了特殊支撐結構之建構法則以及簡化方式，順利運用新製程中的物件概 念，將所謂的空區域視為新的物件，以易處理之水溶性材料或是臘材置入於空區 域，即可產生合宜的支撐結構，不但可以解決工件支撐問題，也無廢料剝除的困 擾，可大幅減少後處理時間以及製作複雜之中空工件。