砂型3D打印技术通过逐层固化树脂粘结砂实现无模具制模，其支撑结构作为打印过程中的“临时骨架”，对薄壁铸件的成型质量具有决定性影响。薄壁铸件因壁厚薄（通常≤5mm）、刚度低，易在打印与铸造阶段发生变形、断裂或尺寸超差。本文从支撑结构的力学作用、几何优化、工艺适配性等维度，系统解析支撑结构优化对薄壁铸件成型的影响机制。
支撑结构的力学作用：薄壁稳定性的核心保障
薄壁铸件在打印过程中因砂层自重与树脂固化收缩，易产生向下塌陷或局部翘曲。支撑结构通过提供反向作用力，平衡砂层应力，维持薄壁区域的空间形态。具体而言，支撑结构需在薄壁与打印平台或相邻实体间构建力学传递路径，将集中应力分散至砂型整体。例如，对于垂直薄壁（壁厚3mm、高度50mm），无支撑时砂层因自重产生1.2mm的向下位移，而优化后的网格支撑可将位移量控制在0.3mm以内。这种力学平衡作用贯穿打印全程，是薄壁铸件成型的基础保障。
支撑结构的几何优化：精度与效率的双重提升
支撑结构的几何设计需在保证强度的同时，最小化对铸件表面的影响。传统实心支撑因覆盖面积大，易在铸件表面留下痕迹，且材料消耗高。优化方向包括：1）采用树状支撑，通过分级结构将应力逐级传递至打印平台，减少支撑与薄壁的接触面积；2）设计镂空网格支撑，利用砂粒间摩擦力维持形态，将支撑材料用量降低40%；3）调整支撑角度，避免支撑与薄壁形成锐角接触，减少铸造后清理难度。例如，将支撑与薄壁的夹角从30°调整至60°，可使铸件表面支撑痕迹深度从0.8mm降至0.2mm。
支撑结构的工艺适配性：打印与铸造的协同优化
支撑结构不仅需适应打印过程，还需在铸造阶段保持稳定。砂型在铸造时需承受金属液冲击（压力达0.5MPa）与高温（通常＞1000℃），支撑结构若强度不足，易在金属液注入时发生断裂，导致砂型破裂。优化策略包括：1）提升支撑区域砂粒的粘结强度，通过局部增加树脂含量或采用高温固化树脂；2）设计冗余支撑路径，在薄壁关键部位形成环状或交叉支撑，分散金属液冲击力；3）集成铸造过程仿真，通过流体力学分析预测金属液对支撑结构的冲击区域，并针对性加强支撑。例如，对涡轮叶片薄壁（壁厚2mm），通过仿真确定金属液冲击集中区，并在该区域增加30%的支撑密度，可将铸造缺陷率从15%降至3%。
支撑结构的智能生成：算法驱动的自动化优化
现代砂型3D打印软件通过算法自动生成支撑，但默认参数难以满足薄壁铸件的特殊需求。优化方向包括：1）开发薄壁识别算法，自动标记壁厚＜5mm的区域并优先生成支撑；2）引入应力预测模型，根据砂型结构计算打印与铸造阶段的应力分布，并动态调整支撑位置与密度；3）集成成本-质量平衡函数，在保证铸件精度的前提下，最小化支撑材料用量与打印时间。例如，通过算法优化，可将薄壁铸件的支撑材料用量减少25%，同时将尺寸公差从±0.5mm提升至±0.2mm。
多维度优化协同：薄壁铸件成型的全流程控制
单一维度的支撑优化虽能改善局部问题，但多维度协同可实现铸件质量的系统性提升。例如，当支撑结构同时满足力学平衡（位移量≤0.3mm）、几何优化（材料用量降低40%）、工艺适配（铸造缺陷率≤3%）与智能生成（算法效率提升50%）时，薄壁铸件的成型合格率可从传统工艺的70%提升至95%。这种协同效应源于：力学设计确保打印稳定性，几何优化减少后处理工作量，工艺适配提升铸造可靠性，智能算法提高设计效率，四者共同作用形成薄壁铸件成型的全流程控制体系。
