增材制造與創(chuàng)新設(shè)計：從概念到產(chǎn)品 課件 第4、5章 增材制造前處理及工藝規(guī)劃、增材制造后處理及經(jīng)驗總結(jié)

第4章增材制造前處理及工藝規(guī)劃增材制造與創(chuàng)新設(shè)計：從概念到產(chǎn)品目錄contents32144.4模型打印實(shí)戰(zhàn)4.33D打印成型精度控制4.2機(jī)械調(diào)試（硬件）4.1切片軟件（軟件）案例導(dǎo)入上一章我們學(xué)習(xí)了建模技術(shù)，接下來到了打印環(huán)節(jié)，打印時給模型分層切片需要使用哪些軟件？打印機(jī)是由什么關(guān)鍵零部件組成的？需要注意哪些參數(shù)以確保打印模型質(zhì)量和穩(wěn)定性呢？本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、認(rèn)知目標(biāo)

熟悉Cura、Simplify等切片軟件使用界面和功能特點(diǎn)，掌握切片軟件的基本操作方法，包括導(dǎo)入3D模型、調(diào)整切片參數(shù)、導(dǎo)出打印文件等步驟，能夠熟練運(yùn)用該軟件進(jìn)行切片操作，以滿足不同的打印需求。

理解切片軟件在3D打印過程中的作用，能夠分析切片參數(shù)對打印質(zhì)量和效率的影響，并做出合理的參數(shù)調(diào)整。

了解各種Gcode代碼釋義。

熟悉3D打印機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，認(rèn)識FDM機(jī)器硬件控制的基本裝置，包括噴頭裝置、溫控裝置、運(yùn)動裝置、送絲裝置等。2、能力目標(biāo)

掌握打印模型的精度測試方法，理解成型精度的各種影響因素，學(xué)會成型平臺調(diào)平的能力。

掌握整個3D打印流程，培養(yǎng)使用軟件和操作3D打印機(jī)的能力。3、素養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和動手操作能力及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。4.1切片軟件

Cura和Simplify都是3D打印切片軟件領(lǐng)域的佼佼者，它們各自具備獨(dú)特的功能和優(yōu)勢，為用戶提供了高效、高質(zhì)量的3D打印體驗。無論是初學(xué)者還是專業(yè)人士，都可以根據(jù)自己的需求選擇適合的切片軟件來完成3D打印任務(wù)，其軟件簡介如下表所示。軟件名稱制造公司軟件特色CuraUltimaker公司切片速度快、自動修復(fù)模型中的不足、支持準(zhǔn)備動態(tài)性模型、通用性和開放性。SimplifyGermanRepRap公司廣泛的兼容性、支持多種類型文件導(dǎo)入、可以對3D模型進(jìn)行縮放、修復(fù)和創(chuàng)建G代碼、多模型打印和雙色打印，且每個模型都可以有獨(dú)立的打印參數(shù)。Cura是一款功能強(qiáng)大且易于使用的3D打印軟件，由著名的3D打印機(jī)生產(chǎn)商Ultimaker企業(yè)研發(fā)。這款軟件以其強(qiáng)大的功能和用戶友好的界面設(shè)計，受到全球數(shù)百萬用戶的信任，其操作流程如下圖所示。4.1.1CURA軟件操作方法Simplify切片軟件是一款在3D打印領(lǐng)域中備受贊譽(yù)的專業(yè)軟件，它以其強(qiáng)大的功能、靈活的定制選項以及出色的兼容性，贏得了眾多3D打印愛好者和專業(yè)人士的青睞。Simplify切片軟件的一個顯著特點(diǎn)是其強(qiáng)大的多模型打印功能。它支持在同一個打印床上打印多個模型，且每個模型都可以擁有獨(dú)立的打印參數(shù)設(shè)置，具體介紹可去官網(wǎng)查看，其大致操作流程跟Cura軟件類似，如下圖所示。4.1.2Simplify操作方法除了上述的CURA和Simplify軟件外，國外常用的軟件如下圖所示：4.1.3國外常用切片軟件簡介相比傳統(tǒng)工藝，3D打印技術(shù)擁有更好的靈活性和更高的效率，但是3D打印的實(shí)物制品有時存在質(zhì)量欠佳的情況。3D打印工作過程需要根據(jù)不同的材料，設(shè)置不同的工藝參數(shù)，如分層厚度、噴嘴直徑，掃描速度、擠出速度、填充速度、噴嘴溫度、理想輪廓線的補(bǔ)償量、延遲時間、填充結(jié)構(gòu)和填充百分比、邊界層數(shù)等。特別是熔融沉積成型3D打印技術(shù)，對于相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)置更為嚴(yán)格，工藝參數(shù)的設(shè)置將直接影響成品的質(zhì)量、精度和力學(xué)性能，3D打印技術(shù)在面對不同要求的情況下，改變工藝參數(shù)來達(dá)到更高的成型精度以符合打印需求的靈活性，以Simplify軟件參數(shù)調(diào)整界面為例，如圖所示，①為設(shè)置材料和打印質(zhì)量的窗口；②為設(shè)置填充率的窗口；③為設(shè)置噴嘴直徑的窗口，其余參數(shù)設(shè)置詳見（配套光盤中Simplify軟件操作部分），這里就不過多展示了，下面對需主要調(diào)整的工藝參數(shù)特點(diǎn)做詳細(xì)介紹。4.1.43D打印工藝參數(shù)窗口

Simplify軟件參數(shù)調(diào)整界面1

分層厚度：分層厚度是指將三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行切片時層與層之間的高度，也是FDM系統(tǒng)在堆積填充實(shí)體時每層的厚度。設(shè)置時必須盡可能與實(shí)際情況相符。通常情況下，它略小于噴頭口的直徑，并且具有多樣化的設(shè)置選項。分層厚度較大時，原型表面會有明顯的“臺階”，影響原型的表面質(zhì)量和精度;分層厚度較小時，原型精度會較高，但需要加工的層數(shù)增多，成型時間也就較長。例如，可以設(shè)定第一層和其他層的高度不同。這是因為第一層具有特殊性，直接在工作平臺上鋪設(shè)可能會引發(fā)問題，而其他層則是在已有材料上進(jìn)行鋪設(shè)。

噴嘴直徑：噴嘴直徑直接影響噴絲的粗細(xì)，一般噴絲越細(xì)，原型精度越高，但每層的加工路徑會更密更長，成型時間也就越長。工藝過程中為了保證上下兩層能夠牢固地黏結(jié)，一般分層厚度需要小于噴嘴直徑，例如噴嘴直徑為0.15mm，分層厚度取0.1mm。2

掃描速度：掃描速度指打印噴頭在底板上水平移動的速度。噴頭的運(yùn)動速度實(shí)際上是個比較復(fù)雜的參數(shù)，噴頭的運(yùn)動方式有多種，包括噴材料時的速度、僅移動噴嘴而不噴材料時的移動速度，以及在進(jìn)行飛線操作時的運(yùn)動速度（即在打印空心區(qū)域，例如制作空心盒子頂部）?？梢赃M(jìn)行調(diào)整以確保在打印首層時采用與其他層不同的速度（考慮到首層打印的重要性）。設(shè)定過高的速度可能導(dǎo)致電機(jī)的響應(yīng)性不足，使得打印的層間粘附不牢固。相反，若速度設(shè)定太低，則可能會浪費(fèi)時間。通常，3D打印機(jī)制造商提供了在同時噴材料和移動時的建議速度值。如果使用此值進(jìn)行打印時發(fā)現(xiàn)層間粘附問題，且噴頭高度適當(dāng)，可能需要適度降低建議速度。至于其他速度參數(shù)，軟件內(nèi)部會生成相應(yīng)的算法。在需要調(diào)整其他速度時，需在軟件中進(jìn)行相應(yīng)修改。3

擠出速度：擠出速度是指噴絲在送絲機(jī)構(gòu)的作用下，從噴嘴中擠出時的速度。擠出速度及掃描速度共同決定著擠出絲線在底板上的沉積寬度及表面質(zhì)量。如果擠出速度相對掃描速度過小，擠出的絲材不足以形成足夠?qū)挾鹊某练e絲線，沉積絲線會被拉長甚至斷裂，導(dǎo)致與底板或已堆積層的粘結(jié)強(qiáng)度不夠，成型件容易出現(xiàn)翹曲狀態(tài)，且強(qiáng)度較低。同時較低的擠出速度會導(dǎo)致熔腔壓力過低，并伴隨熔體內(nèi)部出現(xiàn)氣孔等缺陷；如果擠出速度較掃描速度過大，會導(dǎo)致噴嘴擠出的材料不能及時鋪開，堆積多余的材料在沉積絲線上，影響成型精度甚至造成噴頭的堵塞，同時過高的擠出速度會造成熔池內(nèi)的材料得不到充分的加熱融化就被擠出，使得擠出困難。因此需要確保擠出速度與掃描速度在一個合適的比例區(qū)間內(nèi)。一般來說，打印機(jī)選擇合適的擠出速度后，通過調(diào)整掃描速度來獲得合格的單絲精度及成型質(zhì)量，因此，噴材料的擠出速度與掃描速度之間存在相互耦合的關(guān)系。45

填充速度：填充速度則是指頭在運(yùn)動機(jī)構(gòu)的作用下，按輪廓路徑和填充路徑運(yùn)動時的速度。在保證運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)的前提下，填充速度越快，成型時間越短，效率越高。另外，為了保證連續(xù)平穩(wěn)地出絲，需要將擠出速度和填充速度進(jìn)行合理匹配，使得噴絲從噴嘴擠出時的體積等于黏結(jié)時的體積(此時還需要考慮材料的收縮率)。如果填充速度與擠出速度匹配后出絲太慢，則材料填充不足，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，難以成型;相反，填充速度與擠出速度匹配后出絲太快，熔絲堆積在噴頭上，使成型面材料分布不均勻，影響造型質(zhì)量。6

噴嘴溫度：噴嘴溫度是指系統(tǒng)工作時將噴嘴加熱到的一定溫度。環(huán)境溫度是指系統(tǒng)工作時原型周圍環(huán)境的溫度，通常是指工作室的溫度。噴嘴溫度應(yīng)在一定的范圍內(nèi)選擇，使擠出的絲呈黏強(qiáng)性流體狀態(tài)，即保持材料黏性系數(shù)在一個適用的范圍內(nèi)。環(huán)境溫度則會影響成型零件的熱應(yīng)力大小，影響原型的表面質(zhì)量。不同材料有不同的熔點(diǎn)溫度，所以需要根據(jù)材料的特性來調(diào)整噴嘴溫度。7

理想輪廓線的補(bǔ)償量：在增材制造的成型過程中，由于噴絲具有一定的寬度，造成填充輪廓路徑時的實(shí)際輪線超出理想輪廓線一些區(qū)域，因此，需要在生成輪廓路徑時對理想輪線進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償值稱為理想輪廓線的補(bǔ)償量，它應(yīng)當(dāng)是擠出絲寬度的一半。而工藝過程中擠出絲的形狀、尺寸受到噴嘴孔直徑、分層厚度、擠出速度、填充速度、噴嘴溫度、成型室溫度、材料黏性系數(shù)及材料收縮率等諸多因素的影響，因此，擠出絲的寬度并不是一個固定值，從而，理想輪廓線的補(bǔ)償量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)，其補(bǔ)償量設(shè)置正確與否，直接影響著原型制件尺寸精度和幾何精度。

延遲時間：延遲時間包括出絲延遲時間和斷絲延遲時間。當(dāng)送絲機(jī)構(gòu)開始送絲時，不會立即出絲，而有一定的滯后，把這段滯后時間稱為出絲延遲時間。同樣當(dāng)送絲機(jī)構(gòu)停止送絲時，噴嘴也不會立即斷絲，把這段滯后時間稱為斷絲延遲時間。在工藝過程中，需要合理地設(shè)置延遲時間參數(shù)，否則會出現(xiàn)拉絲太細(xì)、黏結(jié)不牢或未能動結(jié)，甚至斷絲、缺絲的現(xiàn)象;或者出現(xiàn)堆絲、積瘤等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響原型的質(zhì)量和精度。8

填充結(jié)構(gòu)和填充百分比：填充結(jié)構(gòu)和填充百分比是影響3D打印材料力學(xué)性能、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，所以填充結(jié)構(gòu)的設(shè)計是工藝參數(shù)調(diào)整的重要部分，應(yīng)根據(jù)模型的形狀和結(jié)構(gòu)合理確定支撐點(diǎn)的密度和位置，以提供足夠的支撐力和穩(wěn)定性。如圖是增材制造部分填充結(jié)構(gòu)的示意圖。在選擇合適的填充結(jié)構(gòu)時，需要考慮模型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、應(yīng)用場景的具體要求、成型速度以及材料消耗等因素。9

這些不同的填充結(jié)構(gòu)在3D打印制品中表現(xiàn)出不同的層特性。例如，蜂窩型填充的每一層圖案形成正六邊形結(jié)構(gòu)，使其在垂直方向上具有優(yōu)秀的抗拉壓強(qiáng)度。同心和螺旋結(jié)構(gòu)類似于樹木的年輪，展現(xiàn)出正交各向異性的特性，直線和折線結(jié)構(gòu)具有橫觀各向同性的取向特征。此外，還有許多優(yōu)秀的創(chuàng)新填充方式，如圖，在填充晶格結(jié)構(gòu)元素內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)核擴(kuò)展，賦予模型新的數(shù)據(jù)特征，即在“細(xì)胞里添加細(xì)胞”，是一種基于晶格的二次幾何擴(kuò)展方法。這種填充結(jié)構(gòu)優(yōu)化能更好地體現(xiàn)模型的受力傳遞路徑，改善了晶格模型的力學(xué)性能，減少打印件的填充體積與重量。

填充百分比指的是在創(chuàng)建實(shí)心物體時，內(nèi)部填充的形狀和材料占據(jù)整體體積的百分比。

邊界層數(shù)：設(shè)定填充百分比參數(shù)后，確定邊界層數(shù)。這些邊界層被用來包裹填充結(jié)構(gòu)，類似于包裹蜂窩外殼一樣，以環(huán)繞實(shí)心物體形成填充。透過增加外殼層數(shù)，可以增強(qiáng)打印零件的強(qiáng)度。另外，還可以調(diào)整其他參數(shù)，以精確控制3D打印機(jī)生成G代碼的方式，甚至在生成G代碼后添加自定義的G代碼，例如在打印完成后維持加熱板的溫度以便進(jìn)行后續(xù)工作。101、G代碼是什么：Gcode是一種計算機(jī)數(shù)字控制（CNC）語言，通常用于控制3D打印機(jī)，是3D打印過程中不可或缺的重要參數(shù)之一，作為控制3D打印設(shè)備的語言，其編譯過程決定了產(chǎn)品質(zhì)量和打印速度等方面的表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶通常需要根據(jù)自己的需求，調(diào)整Gcode參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)效果。G代碼在3D打印中使用的兩種命令之一:“通用”和“雜項”命令。一般命令行負(fù)責(zé)3D打印機(jī)中的運(yùn)動類型。這樣的命令用字母“G”來標(biāo)識，就像在G命令中一樣。除了控制打印頭的三軸運(yùn)動外，它們還負(fù)責(zé)擠出長絲。另一方面，雜項命令指示機(jī)器執(zhí)行非幾何任務(wù)。在3D打印中，這些任務(wù)包括噴嘴和床的加熱命令，風(fēng)扇控制，以及許多其他任務(wù)。其他命令用字母“M”標(biāo)識。4.1.5切片軟件常用Gcode編碼解析2、G代碼語法：每個G-code命令行都遵循特定的語法。任何給定行的第一個參數(shù)是命令代碼本身。正如我們所看到的，它可以是“G”或“M”代碼類型，后面跟著標(biāo)識命令的數(shù)字。例如，“G0”對應(yīng)線性移動命令。接下來是更準(zhǔn)確地定義命令的參數(shù)。對于G0線性移動，這些參數(shù)包括最終位置和移動速度，也由大寫字母標(biāo)識，每個命令都有自己的一組參數(shù)。3、G代碼釋義：（1）G0&G1：線性運(yùn)動G0和G1命令都執(zhí)行線性移動。按照慣例，G0用于初始和移動等非擠壓運(yùn)動，而G1包含所有擠壓線性運(yùn)動。不過，這兩個命令的功能是相同的。G0或G1的參數(shù)包括所有X、Y和z軸的最終位置，移動過程中要執(zhí)行的擠壓量，以及由設(shè)定單位中的進(jìn)給速率指定的速度。（2）G90&G91：絕對和相對定位G90和G91命令告訴機(jī)器如何解釋用于運(yùn)動的坐標(biāo)。G90建立的是“絕對定位”，這通常是默認(rèn)的，而G91建立的是“相對定位”。這兩個命令都不需要任何參數(shù)，設(shè)置一個會自動取消另一個。定位的工作方式非常簡單，所以讓我們直接進(jìn)入。（3）M104，M109，M140，&M190：設(shè)定溫度這些是基本的雜項命令，同樣，不涉及任何動作。首先，M104命令設(shè)置熱端達(dá)到的目標(biāo)溫度，并保持該溫度，直到另有指示。其中一些參數(shù)包括實(shí)際溫度值（S）和需要加熱的打印頭（T）（用于多個擠出設(shè)置）。4、3D打印常見的Gcode參數(shù)：下面再介紹一些常用的Gcode編碼解析，具體的Gcode編碼解析參見附錄2：（1）溫度參數(shù)（M104和M109）：控制打印頭和熱床的溫度。（2）層高參數(shù)（M907和G1Z）：控制每一層的高度和將打印頭移動到新層的位置。（3）打印速度參數(shù)（G0和G1）：控制打印頭的移動速度。（4）坐標(biāo)參數(shù)（G0和G1）：控制打印頭的移動位置。（5）擠出量參數(shù)（M83和G1E）：控制材料的擠出量。（6）自動擠出參數(shù)（M107和M106）：控制打印頭周圍的風(fēng)扇的自動開關(guān)。（7）文件選擇參數(shù)（M23和M632）：選擇要打印的文件。（8）軟件限位參數(shù)（M208和G1X/Y）：限制打印頭的移動范圍。（9）自動級調(diào)參數(shù)（G29和M420）：自動調(diào)整打印底座的高度。（10）復(fù)位參數(shù)（M502和M501）：將3D打印機(jī)的設(shè)置恢復(fù)到默認(rèn)值。5、?；沾蛴代碼案例展示每個Gcode語句都具有一定的含義，同時為了保證正常運(yùn)行，這些語句需要按照預(yù)定順序進(jìn)行編譯。在進(jìn)行編譯時，需要注意以下幾個方面：Gcode語句先后順序。在編譯過程中，Gcode語句的先后順序決定了打印機(jī)的操作順序，如果某些語句的順序出現(xiàn)錯誤，就可能導(dǎo)致打印質(zhì)量低下或者完全無法正常運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置。在預(yù)設(shè)參數(shù)和實(shí)際打印中，可能需要進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不同的材料和打印要求。實(shí)際運(yùn)行。對于實(shí)際的3D打印，用戶需要在電腦端通過軟件來完成Gcode編譯，將編譯后的Gcode傳輸?shù)酱蛴C(jī)上，并通過機(jī)器的LCD面板來確認(rèn)是否一切正常，才能進(jìn)行打印操作。Gcode編譯是3D打印必備的技術(shù)之一，同時也是3D打印用戶必須掌握的技能之一。合理的調(diào)整Gcode參數(shù)，不僅能夠提高打印效率，還能夠提升打印質(zhì)量。因此，用戶在編寫Gcode的過程中，要了解這些參數(shù)的含義和作用，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和修改，以達(dá)到最好的效果。4.2機(jī)器調(diào)試

任何一臺機(jī)器都有它們自己的“脾氣”。一臺機(jī)器對于一個工人，就如一桿槍對于一個士兵一樣。一個優(yōu)秀的狙擊手能做到槍人合一，就是充分的了解了手中這把槍。槍也是機(jī)器，雖然這些槍有著同樣的型號，但是細(xì)節(jié)都不會一模一樣的。對于追求精度的狙擊手而言，這些小細(xì)節(jié)都特別重要。同樣，對于3D打印機(jī)這樣追求精度至少應(yīng)該在零點(diǎn)幾毫米一下的機(jī)器而言，也需要操作它的人注意各種細(xì)節(jié)問題。

4.2.1機(jī)械硬件控制1

噴頭裝置：噴頭裝置一般是由一個步進(jìn)電機(jī)，一個加熱器，一個噴嘴和一個風(fēng)扇組成。加熱器加熱噴嘴，步進(jìn)電機(jī)的軸轉(zhuǎn)動，把耗材絲擠出到噴嘴，然后噴嘴把材料沾在熱床或上一層材料上，風(fēng)扇給步進(jìn)電機(jī)散熱。噴頭是3D打印機(jī)中的核心部件之一，負(fù)責(zé)將熔融的材料（如塑料、金屬等）以極細(xì)的絲狀噴射出來。噴嘴的設(shè)計和材料對打印質(zhì)量有重要影響，噴嘴的直徑?jīng)Q定了打印層的厚度和精度。一些高級的3D打印機(jī)還配備了多個噴嘴，以實(shí)現(xiàn)多材料打印或支持不同的打印技術(shù)。噴嘴的維護(hù)和更換也是3D打印機(jī)使用過程中需要考慮的重要因素。2

溫控裝置：溫控裝置通常包括溫度傳感器、加熱元件和溫度控制算法，以確保溫度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。溫控裝置用于精確控制打印過程中噴嘴和打印平臺的溫度，給整個成型過程提供一個恒溫的環(huán)境，噴嘴需要加熱到材料的熔點(diǎn)以上，以確保材料能夠順利擠出。同時，打印平臺也需要保持一定的溫度，熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果然冷卻，容易造成翹曲和開裂，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度可最大限度地減小這種造型缺陷，提高成型質(zhì)量和精度。3

運(yùn)動裝置：運(yùn)動裝置通常由高精度的步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌和滑塊組成，以確保打印頭的定位精度和穩(wěn)定性。運(yùn)動裝置是3D打印機(jī)中用于支撐和移動打印頭的機(jī)構(gòu)，它能夠在X、Y、Z三個方向上精確移動。增材制造不再要求機(jī)床進(jìn)行三軸及三軸以上的聯(lián)動，大大簡化了機(jī)床的運(yùn)動控制，只要能完成二軸聯(lián)動就可以了。XY軸的聯(lián)動掃描完成噴頭對截面輪廓的平面掃描，Z軸則帶動工作臺實(shí)現(xiàn)高度方向的進(jìn)給。運(yùn)動裝置的移動速度和加速度對打印效率和打印質(zhì)量都有影響，因此需要進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。一些高級的3D打印機(jī)還采用了閉環(huán)控制系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高運(yùn)動裝置的定位精度和動態(tài)性能。4

送絲裝置：送絲裝置通常包括一個絲料卷軸和一個進(jìn)給機(jī)構(gòu)，絲料卷軸用于存儲打印材料，進(jìn)給機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)將材料送入噴嘴。送絲要求平穩(wěn)可靠，以確保打印過程的連續(xù)進(jìn)行。原料絲直徑一般為1～2mm，噴嘴直徑只有0.2～0.3mm左右，這個差別保證了噴頭內(nèi)一定的壓力和熔融后的原料能以一定的速度(必須與噴頭掃描速度相匹配)被擠出成型。送絲機(jī)構(gòu)和噴頭采用推一拉相結(jié)合的方式，以保證送絲穩(wěn)定可靠，避免斷絲或積瘤。送絲機(jī)裝置的設(shè)計需要考慮材料的兼容性和輸送效率，以確保打印過程的穩(wěn)定性和可靠性。一些3D打印機(jī)還配備了自動換料系統(tǒng)，可以在打印過程中自動更換材料，提高打印的靈活性和效率。4.2.2打印機(jī)成型平臺調(diào)平上節(jié)提到的3D打印機(jī)的幾大部分硬件里，需要我們特別注意的就是運(yùn)動裝置里的成型平臺，在長時間噴頭的沖擊以及取出打印模型時對平臺的碰撞，都會使成型平臺發(fā)生偏移、傾斜等狀況，若成型平臺不平整，模型的打印可能會面臨嚴(yán)重問題，導(dǎo)致底部無法順利成型，進(jìn)而打印失敗。此外，如果成型平臺未經(jīng)調(diào)整，打印時模型底部可能變得不平均，平臺較低一側(cè)的層面可能相對較薄，導(dǎo)致底面傾斜或底部支撐形成不良，底部或底筏可能會呈現(xiàn)明顯的傾斜，對成品的精度產(chǎn)生顯著影響。目前大部分機(jī)型都帶有自動調(diào)平的功能，這也導(dǎo)致手動調(diào)平技術(shù)恰恰成為我們?nèi)菀缀雎缘膯栴}。在自動調(diào)平失效或者調(diào)平效果仍不理想的情況下，掌握手動調(diào)平技術(shù)就尤為重要，本節(jié)就詳細(xì)介紹一下如何進(jìn)行手動調(diào)平。平臺平整度測試步驟如下圖所示：1、加入調(diào)平模型：本模型使用單層互相連接的九個方塊，以Cura切片軟件為例，加入調(diào)平模型步驟：擴(kuò)展→Partforcalibration→AddaBedlevelCalibration。2、檢查模型：檢查調(diào)入的模型是否正確，方便下一步調(diào)整3、調(diào)整模型：因為每一個打印平臺的大小是不一樣的，所以要調(diào)整這個模型在xy軸上的大小，點(diǎn)擊“等比例縮放”，拖動x軸或者y軸即可調(diào)整模型大小，把模型調(diào)整到剛剛好適合打印平臺的大小。4、完成打印和模型檢查：調(diào)整完畢后關(guān)閉“等比例縮放”，把z軸設(shè)置回100%，這個模型實(shí)際上只有一層，打印完成之后，觀察這9個方塊與打印平臺的黏連的情況，厚度是否均勻，即可判斷出打印平臺的調(diào)平情況。經(jīng)模型測試后，若打印平臺存在不平整的情況，需手動或者打印機(jī)自帶的自動調(diào)平功能進(jìn)行調(diào)平。以太爾時代桌面級打印機(jī)為例，進(jìn)行手動調(diào)平。打印平臺調(diào)平步驟如下圖所示：1、首先啟動要調(diào)平的打印機(jī)。2、清理打印平臺和噴嘴尖端的殘留耗材，否則會影響調(diào)平準(zhǔn)確性。因為會熱脹冷縮，所以打印前先將熱床和噴頭加熱到打印需要的溫度。所以調(diào)平時也要預(yù)熱到打印溫度。3、達(dá)到適合預(yù)熱溫度后，點(diǎn)擊平臺校準(zhǔn)→手動校準(zhǔn)操作。4、調(diào)第一個角時，用一張A4紙，按提示操作，將紙張夾于噴嘴與熱床之間。點(diǎn)擊升高或降低平臺，每次點(diǎn)擊平臺Z軸移動0.1mm，一邊點(diǎn)擊一邊抽拉紙張。感受A4紙摩擦力，有一點(diǎn)點(diǎn)摩擦力即可。5、如圖所示共有9個調(diào)平校準(zhǔn)點(diǎn)，從左上角的點(diǎn)開始依次按上述要求校準(zhǔn)后，點(diǎn)擊確認(rèn)，即完成校準(zhǔn)。4.33D打印成型精度控制4.3.1成型精度影響因素.3D打印成型精度的影響因素有很多，除了4.1.3節(jié)提到的工藝參數(shù)對打印精度的影像外，還有哪些主要的方面？增材制造的基本原理和核心思想是什么？

模型數(shù)據(jù)誤差：

STL文件格式由美國Systems公司為增材制造技術(shù)專門開發(fā)，是增材制造行業(yè)數(shù)據(jù)文件的主流文件格式。STL文件通過將原始的CAD三維模型表面進(jìn)行轉(zhuǎn)換而得到，其特點(diǎn)是由許多三角形面片拼接而成。這就造成了對于一些有弧度的模型的轉(zhuǎn)換中，STL文件模型只是近似于原始CAD模型。這就造成了打印模型與原始模型之間的誤差，原始CAD模型（左）與STL模型（右）對比如圖所示。1

STL格式通過鑲嵌CAD模型將零件表面近似為三角形網(wǎng)，它簡化了幾何體，但零件會失去分辨率，因為鑲嵌后只有三角形（而不是曲線）表示其輪廓。這會導(dǎo)致弦誤差或缺陷，這是原始CAD表面和鑲嵌模型的相應(yīng)三角形之間的差異。弦效應(yīng)引起的主要缺陷是FDM零件的尺寸變化。與原始CAD模型相比，實(shí)際尺寸在不同的位置上變化不均勻，具體取決于零件幾何形狀，如下圖4-11樓梯形狀的切片，具體原因在下一段講述。一般來說，小尺寸零件和復(fù)雜的形狀發(fā)現(xiàn)尺寸過大，尺寸精度較低，而大型零件會出現(xiàn)收縮。這個問題的簡單解決方案是對外表面進(jìn)行正偏移。（a）球體CAD模型；（b）弦誤差；（c）樓梯形狀的切片

切片及模型擺放位置誤差：生成STL格式的模型文件后，需要對模型進(jìn)行切片處理，生成每一層打印切片的G-code代碼數(shù)據(jù)。在進(jìn)行切片的過程中，因為切片層厚的存在，在對有傾斜面或曲面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片時，會使用豎直截面為矩形的切片層層堆疊，邊緣處使用直角形狀來近似模擬真實(shí)的曲線形狀，這樣會造成邊緣處細(xì)節(jié)的丟失，形成“臺階效應(yīng)”如圖所示。2

在切片過程中，另一個影響成型精度的因素就是沉積成型方向引起的誤差，這一誤差主要由模型在切片過程中的擺放有關(guān)。對于模型輪廓來說，該輪廓成型時的打印路徑所涉及的設(shè)備移動方向越少，精度越高。一般情況下，X-Y平面的移動精度高于Z軸方向，打印單絲路徑只沿X或只沿Y軸方向比同時涉及X、Y兩個方向的移動路徑精度更高。同時模型的擺放需要考慮盡可能減少支撐的存在，模型支撐越多，該面的成型精度越低。如下圖所示，(a)圖中模型擺放方式有著與底板最大的接觸面積，比(b)圖中擺放方式的成型精度更高。

(a)橫放

；

(b)斜放思考彈簧在加工后具有一定的拉伸強(qiáng)度，應(yīng)選擇何種成型方向？

硬件設(shè)備誤差：打印機(jī)的綜合打印精度由移動機(jī)構(gòu)的移動精度、零件的尺寸精度及裝配精度綜合決定，其中移動機(jī)構(gòu)的移動精度影響最大。對于常規(guī)FDM打印設(shè)備，打印機(jī)噴頭及底板的移動由驅(qū)動電機(jī)提供動力，噴頭組件及打印平臺安裝在滑軌或光軸上，由同步帶或絲桿傳動，這些部件的精度直接影響移動精度。一般來說，驅(qū)動電機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)，但是步進(jìn)電機(jī)一般為開環(huán)控制，且在轉(zhuǎn)速過高、負(fù)載過大、頻繁啟動時容易產(chǎn)生丟步現(xiàn)象。對于較高的運(yùn)動精度需求，可以選擇高細(xì)分?jǐn)?shù)的步進(jìn)電機(jī)或采取閉環(huán)控制的伺服電機(jī)。除移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動誤差之外，成型平臺的平整度、水平度也會影響成型精度。成型平臺平整度較低時，底層絲材會出現(xiàn)與底板粘結(jié)程度不均勻的情況，造成底層受力不均的情況；而底板水平度不足出現(xiàn)傾斜時，打印件會出現(xiàn)底板較高擠出量不足、噴頭刮擦底板或已沉積層的現(xiàn)象，而較低一側(cè)則會出現(xiàn)空隙過大，絲材與底板或已沉積層粘結(jié)程度不足的問題。這兩種情況都會造成Z軸方向的成型精度的降低，容易出現(xiàn)底層的翹曲現(xiàn)象。所以需要選擇平整且與材料黏著性較好的底板，打印前對平臺進(jìn)行校高，確保底板保持光滑平整的水平狀態(tài)。3

材料收縮誤差：對于PEEK、ABS、PLA等一系列FDM設(shè)備常使用的熱塑性材料來說，材料在高溫融化后冷卻的過程中會發(fā)生收縮現(xiàn)象。材料的收縮會同時發(fā)生在X-Y水平方向及打印層高Z方向。材料的收縮會導(dǎo)致成型精度的降低。為了減小材料的收縮誤差，可以通過以下方式進(jìn)行改善：在模型生成階段，對三維模型進(jìn)行一定的補(bǔ)償，將設(shè)計尺寸按線材收縮量進(jìn)行補(bǔ)償；通過分區(qū)掃描法對打印區(qū)域進(jìn)行劃分，將長的掃描路線分割為幾段短的掃描路線，降低成型時的收縮量。4

實(shí)際絲材擠出寬度誤差：絲材經(jīng)過熔腔融化后，由打印機(jī)噴嘴擠出，擠出的材料是經(jīng)噴嘴與打印底板或已堆積層的擠壓后，形成截面形狀近似矩形的扁絲，絲線的寬度受到層高、擠出速度及掃描速度的綜合影響。但是對于切片后的打印模型來說，其走線路徑是一維的，路徑寬度默認(rèn)為零。這就造成了在打印模型邊界時，實(shí)際擠出的絲材邊界會超出設(shè)計邊界半個絲寬，其效果如圖所示。絲材擠出寬度帶來的誤差可以通過在CAD模型中進(jìn)行補(bǔ)償以消除誤差。5

打印精度測試是評估打印設(shè)備性能的有效手段。通過測試，可以了解設(shè)備在不同參數(shù)設(shè)置下的表現(xiàn)，從而找到最佳的打印條件，提高打印效率和質(zhì)量。具體來說，如果3D打印模型的精度不夠，可能會導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸偏差、裝配困難等問題，具體打印測試的步驟如下圖所示：4.3.2打印精度測試1、建立測試模型模型使用標(biāo)準(zhǔn)的20mm×20mm中間有掏空圓柱的立方體模型，掏空圓柱的直徑為10mm。2、輸出為可供打印的STL或其他格式。3、導(dǎo)入切片軟件，此處以Cura切片軟件為例，設(shè)置打印參數(shù)。4、完成打印并取出模型。5、利用卡尺等高精度測量設(shè)備確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)期的尺寸，例如測量后尺寸顯示19.9mm，則表示該打印機(jī)的打印精度可以控制在0.1mm之內(nèi)。

更進(jìn)階的精度測試模型，可以更直觀的測試打印精度，模型在網(wǎng)上搜測試模型即可下載很多類似的精度測試模型，模型如下圖所示：①測試打印微小模型的細(xì)節(jié)情況，②測試打印縫隙情況，模型里面的圓柱體跟模型實(shí)際上是分開的，它們之間是有縫隙的，從0.2mm到0.5mm，打印完成之后，如果圓柱體能夠輕松的進(jìn)出，那就代表打印機(jī)的打印縫隙精度還不錯，它的切片也不需要額外的腳本，只需要使用默認(rèn)的打印參數(shù)去打印即可。③測試?yán)葮虻拇蛴【?，④測試不同傾斜角度下的打印精度、⑤測試不同直徑的圓柱打印精度。

4.4模型打印實(shí)戰(zhàn)

本節(jié)以溫度塔模型打印實(shí)例細(xì)致完成一遍打印流程，溫度塔模型打印實(shí)例是一個很好的學(xué)習(xí)機(jī)會，不僅能幫助你熟悉3D打印的流程，還能讓你深入了解打印溫度對模型質(zhì)量的影響。

（1）打印模塊：本模型使用多個溫度模塊，單個溫度模塊如下圖4-17示：右側(cè)數(shù)字表示該模塊對應(yīng)的打印溫度，中間懸橋及右側(cè)45°傾角結(jié)構(gòu)用于考察過橋及懸空打印效果。模型高5mm。打印模型由Creo/Solidworks等三維建模軟件進(jìn)行繪制。（2）切片軟件：UltimakerCura軟件（5.3.1版本）。（3）切片步驟，載入需要測試的對應(yīng)溫度模塊。本實(shí)例以180℃、185℃、190℃三個溫度為例。載入三個溫度模塊后，通過移動功能中X、Y、Z三個坐標(biāo)值欄進(jìn)行設(shè)置，通過旋轉(zhuǎn)功能將沒有不同朝向的打印模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將三個溫度模塊由低到高依次堆疊。此步驟需要確保如下設(shè)置：偏好設(shè)置>配置Cura>基本>取消勾選自動下降模型到打印平臺。偏好設(shè)置及操作過程如下圖所示。（4）設(shè)置打印件基礎(chǔ)參數(shù)：層厚0.2mm，擠出溫度為180℃，平臺溫度70℃，填充率100%，打印速度50mm/s。（5）設(shè)置不同模塊的打印溫度：如圖所示方法一：點(diǎn)擊擴(kuò)展>后期處理>修改G-code選項。點(diǎn)擊添加一個腳本>ChangeAtZ腳本。按下圖所示進(jìn)行設(shè)置，Trigger選擇Height（高度），ChangeHeight設(shè)置為第二個溫度模塊的起始打印高度即5mm，Applyto選擇TargetLayer+SubsequentLayers（從起始層到后續(xù)指定層），勾選ChangeExtruder1Temp，在Extruder1Temp中設(shè)置第二個溫度模塊指定溫度185℃。重復(fù)此步驟，添加第二個腳本，設(shè)定第三個溫度模塊的溫度，ChangeHeight起始高度為10mm，Extruder1Temp溫度為190℃。設(shè)置完畢后點(diǎn)擊保存至磁盤選項。如圖所示方法二：點(diǎn)擊保存至磁盤選項，存為G-code代碼格式，使用記事本軟件打開代碼文件，找到第一個溫度模塊的結(jié)束層即：;LAYER:23，在;MESH:NONMESH行后添加如下命令：M104S185，此命令意為從第23層打印結(jié)束后，將噴頭溫度升為185℃；找到第二個溫度模塊的結(jié)束層即：;LAYER:48，在;MESH:NONMESH行后添加如下命令：M104S190，將第三個溫度模塊的打印溫度設(shè)為190℃。設(shè)置完畢后保存G-code代碼文件。

（6）選擇保存的文件進(jìn)行打印即可。1.3D打印設(shè)備包括軟件和硬件兩個部分。軟件部分主要負(fù)責(zé)處理和轉(zhuǎn)換設(shè)計數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為3D打印設(shè)備可以理解的指令，同時監(jiān)控和控制打印過程。而硬件部分則包括各種精密的機(jī)械系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)，以及打印材料，它們共同協(xié)作將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實(shí)際的物體。2.可使用的軟件有多種,包括了printrun、OctoPrint、slic3r、PrusaSlicer以及replicatorg等。3.如果成型平臺未經(jīng)調(diào)整，打印時模型底部可能變得不平均，平臺較低一側(cè)的層面可能相對較薄，導(dǎo)致底面傾斜或底部支撐形成不良，增加了打印失敗的可能性。4.3D打印機(jī)需要測試打印精度的原因有以下幾點(diǎn)：1.確保產(chǎn)品質(zhì)量，2.確定適用領(lǐng)域，3.優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，4.驗證3D模型的準(zhǔn)確性。5.成型精度受到模型數(shù)據(jù)引起的誤差、切片及模型擺放位置引起的誤差、硬件設(shè)備引起的誤差、材料收縮引起的誤差、實(shí)際絲材擠出寬度引起的誤差等因素的影響本章小結(jié)思考與練習(xí)一、簡答題1.請簡述CURA切片軟件的主要功能及其特點(diǎn)，并說明它在3D打印流程中的作用。2.在使用切片軟件時，哪些參數(shù)對打印質(zhì)量和效率具有重要影響？請舉例說明如何調(diào)整這些參數(shù)以優(yōu)化打印效果。3.描述3D打印機(jī)硬件控制的基本步驟，包括電源管理、溫度控制等方面。4.請說明打印機(jī)成型平臺調(diào)平的重要性，并介紹一種有效的調(diào)平方法。5.請描述打印精度測試的具體步驟，并解釋如何通過測試結(jié)果來評估打印機(jī)的性能。6.簡述增材制造過程中常見的幾個關(guān)鍵工藝參數(shù)，并說明它們對打印過程的影響。思考與練習(xí)二、分析題1.比較CURA和Simplify兩款切片軟件，分析它們的異同點(diǎn)，并討論在不同應(yīng)用場景下如何選擇合適的切片軟件。2.假設(shè)你遇到3D打印機(jī)出現(xiàn)打印模型傾斜問題，請從機(jī)器調(diào)試的角度分析可能的原因，并提出相應(yīng)的解決方案。3.分析影響打印模型質(zhì)量的因素，并提出提高打印模型質(zhì)量的措施。4.在3D打印中，層厚對打印質(zhì)量和時間的影響是什么？請解釋如何在保證打印質(zhì)量的前提下，優(yōu)化層高設(shè)置以縮短打印時間。5.填充率是如何影響3D打印物體的強(qiáng)度和材料使用的？如果需要在保證強(qiáng)度的同時減少材料消耗，你會如何調(diào)整填充率參數(shù)？思考與練習(xí)6.在打印過程中，支撐結(jié)構(gòu)的作用是什么？請分析哪些情況下需要添加支撐結(jié)構(gòu)，并討論如何優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置以減少打印時間和材料消耗。7.打印速度如何影響3D打印的效率和質(zhì)量？請討論在何種情況下需要調(diào)整打印速度，并說明調(diào)整打印速度可能帶來的利弊。8.溫度是3D打印過程中的一個重要參數(shù)。請說明不同材料對打印溫度的要求，并討論如何根據(jù)材料的特性合理設(shè)置打印溫度以確保打印質(zhì)量。拓展閱讀一、書籍拓展閱讀：1.推薦書籍：《精通3D打?。簭脑O(shè)計到制造》2.推薦書籍：《Cura3D打印切片軟件實(shí)用指南》3.推薦書籍：《Simplify3D打印軟件入門與進(jìn)階》4.推薦書籍：《金屬3D打印技術(shù)及應(yīng)用》5.推薦書籍：《Gcode編程與3D打印實(shí)踐》《Gcode代碼學(xué)習(xí)指南》簡介：6.3Dsystemprojet5000軟件操作技巧：建議直接參考官方文檔、用戶手冊或在線教程來學(xué)習(xí)該軟件的使用方法和技巧。課程結(jié)束，細(xì)心體會，終有收獲第5章增材制造后處理及經(jīng)驗總結(jié)增材制造與創(chuàng)新設(shè)計：從概念到產(chǎn)品目錄contents32145.4打印經(jīng)驗總結(jié)5.3打印常見問題及解決方案5.2打印模型質(zhì)量評價5.1打印模型后期處理案例導(dǎo)入打印完成不代表打印工作結(jié)束，一件完美的打印件，必須經(jīng)過后處理工藝。后處理都有哪些方法？如何評價打印模型的質(zhì)量？增材制造領(lǐng)域的先驅(qū)者們給我們留下了什么寶貴的經(jīng)驗?zāi)兀?。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、認(rèn)知目標(biāo)

掌握增材制造后處理的基本技巧，學(xué)習(xí)如何妥善保存和處理3D打印產(chǎn)品，包括防潮、防曬、避免雜質(zhì)污染等，以確保打印過程的順利進(jìn)行。掌握模型打印效果的評估方法，理解不同材料對打印精度、表面質(zhì)量、后處理等方面的影響，以便在設(shè)計階段就考慮到材料的限制和優(yōu)勢。識別并理解常見的3D打印問題，了解層間粘連、模型翹曲、表面粗糙等常見問題及其成因，以便在打印過程中及時發(fā)現(xiàn)并處理。掌握問題診斷與解決的基本方法，學(xué)會通過調(diào)整打印參數(shù)、優(yōu)化模型設(shè)計、改進(jìn)材料處理等方式解決常見問題，提高打印成功率。。2、能力目標(biāo)

培養(yǎng)解決復(fù)雜打印問題的能力，通過案例分析和實(shí)踐經(jīng)驗積累，提升解決復(fù)雜打印問題的能力和水平，為應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。。3、素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神和自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)會將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際工作中，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提高解決問題的能力。5.1打印模型后期處理后處理后期處理是3D打印過程中一個非常重要的工藝，有時甚至比打印機(jī)性能還重要。相對于優(yōu)化提升3D打印機(jī)質(zhì)量，后期處理更為實(shí)惠、高效、靠譜。

如圖所示的模型支撐部分，支撐去除是后處理的最基本形式。通常移除支撐不需要太多工作量，除非在狹窄的角落或其他難以到達(dá)的地方有支撐。①優(yōu)點(diǎn)●比較容易上手●不需要太多設(shè)備●可溶性支撐提供更大的設(shè)計靈活性②缺點(diǎn)●即使小心移除，也會留下痕跡5.1.1去除支撐除了去除支撐外，打磨是最常見的后處理形式。如圖所示，通常FDM3D打印的表面可能會有些粗糙，打印后，零件表面可能會留下一些斑點(diǎn)，或者在移除支撐后可能會留下一些痕跡。去除這些瑕疵的理想方法是使用砂紙。最好從低粒度砂紙(150-400)開始，然后在幾個打磨階段轉(zhuǎn)向更高粒度的砂紙（最高2000目）。打磨的幾個關(guān)鍵技巧是濕打磨和圓周運(yùn)動。當(dāng)您打磨零件時，砂紙和表面之間的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，這可能會對打印的精細(xì)特征產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其是熱敏細(xì)絲。為避免這種情況，只需在打磨前弄濕零件以吸收多余的熱量。①優(yōu)點(diǎn)●適合接下來的拋光或噴漆工作●很好地?fù)崞奖砻妗袼蠪DM材料都可以打磨②缺點(diǎn)●比較耗時●很難在小特征和細(xì)節(jié)上執(zhí)行●會影響尺寸精度5.1.2打磨如果使用ABS材料3D打印大型物體，但3D打印機(jī)的構(gòu)建體積太小，焊接是完美解決方案。在這種情況下，焊接與金屬沒有任何關(guān)系。在FDM3D打印中，焊接是指使用丙酮連接ABS零件。丙酮具有熔化ABS的能力，因此這意味著可以使用丙酮焊接來連接ABS零件。這個過程相當(dāng)簡單，在要“粘合”的部分上涂抹一點(diǎn)丙酮。這將稍微熔化塑料，然后將另一部分連接到熔化的邊緣以將它們焊接在一起。①優(yōu)點(diǎn)●比較容易上手●不需要太多設(shè)備●可溶性支撐提供更大的設(shè)計靈活性②缺點(diǎn)●即使小心移除，也會留下痕跡①優(yōu)點(diǎn)●比其他連接方法更強(qiáng)●便宜●所需技能水平低②缺點(diǎn)●使用丙酮過多會損壞整個零件●焊縫的強(qiáng)度不如零件的其余部分●只有ABS可以用丙酮焊接5.1.3焊接雖然焊接是合并多個3D打印部件的好方法，但只有在ABS中打印的部件才有可能，用其他材料制成的3D打印件仍然可以通過膠合來連接。與焊接類似，這通常用于由于打印機(jī)的尺寸限制而無法單件打印的情況。例如PLA和PETG是可以使用強(qiáng)力膠等粘合劑或3DGloop等定制產(chǎn)品輕松粘合在一起的材料。①優(yōu)點(diǎn)●比較容易上手●不需要太多設(shè)備●可溶性支撐提供更大的設(shè)計靈活性②缺點(diǎn)●即使小心移除，也會留下痕跡①優(yōu)點(diǎn)●適合接下來的拋光或噴漆工作●很好地?fù)崞奖砻妗袼蠪DM材料都可以打磨②缺點(diǎn)●比較耗時●很難在小特征和細(xì)節(jié)上執(zhí)行●會影響尺寸精度5.1.4膠合底漆上色是一種后處理技術(shù)，用于準(zhǔn)備用于繪畫的表面。它只是意味著用底漆或底漆噴涂零件，作為稍后將要應(yīng)用的油漆的基礎(chǔ)層。在涂抹底漆之前，最好先用低粒度砂紙打磨零件，然后再用中等粒度砂紙打磨。這會去除層線并平滑表面。打磨零件后，涂上兩層底漆，讓它在兩者之間嘗試。一切都干燥后，可以開始使用刷子或噴霧器繪制3D打印件。如果想實(shí)現(xiàn)銳利的顏色交叉，使用遮蔽膠帶是一個完美的解決方案。最好在通風(fēng)良好的區(qū)域或戶外進(jìn)行底漆和噴漆，同時戴上口罩以避免吸入不需要的煙霧。①優(yōu)點(diǎn)●比較容易上手●不需要太多設(shè)備●可溶性支撐提供更大的設(shè)計靈活性②缺點(diǎn)●即使小心移除，也會留下痕跡①優(yōu)點(diǎn)●增強(qiáng)零件的外觀和感覺●提供光滑的表面光潔度●適用于所有FDM材料②缺點(diǎn)●比較耗時●由于需要的設(shè)備（油漆、噴霧劑、砂紙、面具和刷子），成本可能很高●需要一些技巧取得更好的效果5.1.5上色平滑是一種流行的后處理技術(shù)，尤其是對于ABS打印。丙酮具有熔化ABS的能力，因此可以撫平零件表面上可見的層線。最簡單的方法是將丙酮倒入一個大容器（可以是塑料的，但建議使用玻璃容器），然后將打印件放在丙酮上方的平臺上。關(guān)閉容器蓋10-20分鐘，使蒸汽可以熔化部件的外層。如果需要蒸汽能夠從容器中逸出，可以考慮在蓋子上事先鉆幾個孔。①優(yōu)點(diǎn)●增強(qiáng)零件的外觀和感覺●提供光滑的表面光潔度●適用于所有FDM材料②缺點(diǎn)●比較耗時●由于需要的設(shè)備（油漆、噴霧劑、砂紙、面具和刷子），成本可能很高●需要一些技巧取得更好的效果5.1.6平滑拋光處理這種3D打印后處理技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)盡可能光滑的表面。幾乎每個五金店都可以使用塑料拋光機(jī)和工具來拋光3D打印件。只需要一塊超細(xì)纖維布和一個塑料拋光機(jī)。在對零件進(jìn)行拋光之前，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰?，并用砂紙進(jìn)行打磨。打磨后，沖洗零件并確保沒有殘留顆粒。如果使用的是布，將拋光劑涂在打磨過的部分上，然后以圓周運(yùn)動移動布，直到對結(jié)果滿意為止。①優(yōu)點(diǎn)●產(chǎn)生光滑和鏡面般的表面●成本低②缺點(diǎn)●尺寸精度可能會受到影響●需要中等技能水平5.1.7拋光水轉(zhuǎn)印工藝雖然通常大規(guī)模用于工業(yè)產(chǎn)品，但小規(guī)模的水轉(zhuǎn)印工藝可以很容易地應(yīng)用于3D打印部件以獲得漂亮的外觀。水轉(zhuǎn)印也稱為水轉(zhuǎn)印成像，是一種使用特殊水轉(zhuǎn)印紙將印刷圖形設(shè)計應(yīng)用于固體物體的過程。這張紙的一面由PVA制成，上面用噴墨打印機(jī)打印圖形。完成后，找一個足夠大的容器來容納你的零件，然后裝滿熱水。取下紙張的背面，只剩下帶有印刷圖形的透明PVA。小心地將其放入水中并等待PVA溶解，以便您的圖形自行漂浮。然后，將零件以45度角慢慢浸入圖形中?？梢杂靡恢皇治兆∷?，也可以連接一根棍子以便遠(yuǎn)距離工作。零件完全浸沒后，搖晃幾次，就可以將完成的零件從容器中拉出。①優(yōu)點(diǎn)●保持尺寸精度●完全的設(shè)計自由●適用于所有材料②缺點(diǎn)●成本比較昂貴●技術(shù)掌握比較困難●上色后不耐刮蹭5.1.8水轉(zhuǎn)印工藝環(huán)氧樹脂涂層可以提高3D打印件的強(qiáng)度，也可以密封打印件的多孔部分，并形成一個很好的保護(hù)層。環(huán)氧樹脂涂層由兩種不同的化學(xué)物質(zhì)組成：環(huán)氧樹脂本身和硬化劑。當(dāng)使用環(huán)氧涂料的化學(xué)品時，需要注意選擇硬化劑和樹脂的比例必須正確才能獲得良好的效果，否則最終可能會得到永不干燥的涂層！準(zhǔn)備好混合物后，就可以將其應(yīng)用于3D打印部件了。我們建議使用泡沫涂抹器或海綿涂抹涂層。完成第一層涂層后，讓部件干燥，然后用1，000或2，000粒度的砂紙打磨。完成后，就可以涂抹第二層也是最后一層環(huán)氧樹脂了。①優(yōu)點(diǎn)●提高零件強(qiáng)度●添加耐用的保護(hù)層②缺點(diǎn)●圖層線不會完全消失5.1.9環(huán)氧涂料封裝電鍍是將金屬涂層添加到其他金屬或具有導(dǎo)電表面的零件的過程。這是一種很棒的后處理技術(shù)，可以顯著提高強(qiáng)度和視覺外觀。這個過程本身一開始可能看起來很復(fù)雜，但它并不像看起來那樣難操作。電鍍原理是將金屬涂層從一種金屬轉(zhuǎn)移到另一種金屬（或具有導(dǎo)電表面的零件）。化學(xué)上稱為是電解的過程，電解的兩個主要工具是電源（電池或整流器）和電解質(zhì)。電解質(zhì)是一種金屬鹽、酸和水的混合物，正極連接用作涂層的金屬，需要電鍍的打印件部分連接負(fù)極，然后將正負(fù)極連接件都浸入電解質(zhì)中，電解質(zhì)中的鹽含有陽離子和陰離子，它們需要移動到負(fù)極和正極以實(shí)現(xiàn)金屬轉(zhuǎn)移。由于3D打印部件是塑料且不導(dǎo)電的，因此在嘗試電鍍之前，需要對它們進(jìn)行適當(dāng)打磨并涂上導(dǎo)電涂料。①優(yōu)點(diǎn)●零件變得更堅固并具有導(dǎo)電性●如果處理得當(dāng)，尺寸精度不會受到影響●視覺外觀得到改善②缺點(diǎn)●需要高技能水平●過程比較危險，需佩戴安全設(shè)備（手套和眼鏡）5.1.10電鍍

磨料流加工（AFM）是一項用于內(nèi)表面精密加工的工藝。它通過磨粒和磁場的協(xié)同作用下，使攜帶磨料的流體在磁力線上流動，從而實(shí)現(xiàn)對零件表面的磨削和拋光。該工藝的獨(dú)特之處在于引導(dǎo)攜帶磨料的高黏度流體穿過工件，這種流體的濃稠度類似于油灰或面團(tuán)。AFM可用于平滑和拋光表面，特別適用于去除毛刺、表面拋光、形成半徑，甚至去除材料。由于其特殊性質(zhì)，AFM成為內(nèi)表面、槽、孔、腔等其他拋光或研磨工藝難以觸及的區(qū)域的理想選擇。例如王坤團(tuán)隊以磨粒流后處理方法解決3D打印人工關(guān)節(jié)表面粗糙度高的問題，通過設(shè)計特制的磨粒流仿形工裝，仿形工裝的流道間隙為5倍SiC顆粒直徑時磨粒流拋光效果最優(yōu)。，實(shí)現(xiàn)了對人工關(guān)節(jié)復(fù)雜曲面的高精度拋光。①優(yōu)點(diǎn)●拋光速度快●磨料可以重復(fù)使用●可處理復(fù)雜內(nèi)壁 ②缺點(diǎn)●成本較高●不適合平面拋光●不適合尺寸較大的工件5.1.11磨粒流5.2打印模型質(zhì)量評價3D打印模型的質(zhì)量評價是對模型的整體表現(xiàn)進(jìn)行評估，包括模型的完整性、細(xì)節(jié)清晰度、尺寸精度、表面質(zhì)量、材料質(zhì)量、打印速度、設(shè)備穩(wěn)定性以及操作便捷性和設(shè)計創(chuàng)新性和色澤飽滿度等多個方面。通過對這些方面的評價，我們可以得出模型的質(zhì)量水平，并針對不同方面的不足之處進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。一個高質(zhì)量的3D打印模型應(yīng)該具備完整性高、細(xì)節(jié)清晰度高、尺寸精度高、表面光滑無瑕疵、材料色澤均勻、打印速度快、設(shè)備穩(wěn)定性強(qiáng)、操作便捷、設(shè)計創(chuàng)新性強(qiáng)以及色澤飽滿度好等特點(diǎn)。而一個低質(zhì)量的模型則可能存在模型缺損、細(xì)節(jié)模糊、尺寸誤差大、表面粗糙、材料質(zhì)量差、打印速度慢、設(shè)備故障多、操作繁瑣、設(shè)計缺乏創(chuàng)新以及色澤暗淡等問題。因此，在進(jìn)行3D打印模型質(zhì)量評價時，我們需要綜合考慮各個方面的因素，以便得出準(zhǔn)確的評價結(jié)果，并為后續(xù)的模型改進(jìn)和優(yōu)化提供參考。5.2.1評價方法序號評價項目評分標(biāo)準(zhǔn)得分較差一般良好優(yōu)秀70分以下70-80分80-90分90-100分1模型完整性無缺損、無斷裂、整體完好

2模型細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)清晰、精細(xì)度高、無模糊不清

3模型尺寸精度尺寸符合設(shè)計要求、誤差小

4表面質(zhì)量無粗糙、無瑕疵、表面光滑

5材料質(zhì)量材料色澤均勻、無氣泡、無變形

6打印速度打印速度快、節(jié)省時間成本

7設(shè)備穩(wěn)定性設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、無故障、耐用性強(qiáng)

8操作便捷性操作簡單、易上手、無需專業(yè)技能要求

9設(shè)計創(chuàng)新性設(shè)計新穎、具有創(chuàng)意、與眾不同

10色澤飽滿度材料色澤鮮艷、飽滿、具有吸引力

5.2.1評價實(shí)例應(yīng)用如圖所示，以打印恐龍頭骨為實(shí)例，我們對恐龍頭骨的模型質(zhì)量進(jìn)行評分。

恐龍頭骨模型打印質(zhì)量平均得分82.7分，打印質(zhì)量良好。序號評價項目評分標(biāo)準(zhǔn)得分較差一般良好優(yōu)秀70分以下70-80分80-90分90-100分1模型完整性無缺損、無斷裂、整體完好

90

2模型細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)清晰、精細(xì)度高、無模糊不清

78

3模型尺寸精度尺寸符合設(shè)計要求、誤差小

80

4表面質(zhì)量無粗糙、無瑕疵、表面光滑

70

5材料質(zhì)量材料色澤均勻、無氣泡、無變形

85

6打印速度打印速度快、節(jié)省時間成本

90

7設(shè)備穩(wěn)定性設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、無故障、耐用性強(qiáng)

85

8操作便捷性操作簡單、易上手、無需專業(yè)技能要求

80

9設(shè)計創(chuàng)新性設(shè)計新穎、具有創(chuàng)意、與眾不同

86

10色澤飽滿度材料色澤鮮艷、飽滿、具有吸引力

835.3打印常見問題及解決方案

隨著3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一些常見問題也逐漸浮現(xiàn)出來，如噴頭不加熱、打印質(zhì)量不佳、耗材堵塞等。這些問題不僅影響了打印效率，還可能對最終產(chǎn)品的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。因此，了解并掌握3D打印常見問題及其解決方案，對于確保打印過程的順利進(jìn)行和提高產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。本節(jié)將針對3D打印過程中常見的問題進(jìn)行梳理，并提供相應(yīng)的解決方案。通過深入了解這些問題及其成因，我們可以更好地預(yù)防和應(yīng)對可能出現(xiàn)的問題，提高3D打印的可靠性和穩(wěn)定性。

5.3.1設(shè)備調(diào)試問題1、打印開始時不出絲潛在問題及解決方案：1).在啟動打印前，可能使噴頭內(nèi)的空氣存在。設(shè)置打印skirt，可以有效地排除其中的空氣。2).噴嘴與平臺的距離太近時會導(dǎo)致無法正常擠壓膠絲。調(diào)整平臺底部的螺母，能夠創(chuàng)造足夠的擠壓空間。3).進(jìn)料齒輪未能順利帶動膠絲出絲，需要仔細(xì)檢查該機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)。4).噴嘴可能發(fā)生堵塞，需要進(jìn)行清理。

2、膠絲無法粘在平臺上潛在問題及解決方案：1).打印平臺不是水平的，需要重新調(diào)節(jié)平臺和噴頭之間的距離；2).噴嘴距離平臺太遠(yuǎn)，沒有擠壓力。需要重新調(diào)節(jié)平臺和噴頭之間的距離；3).第一層的打印速度太快；4).調(diào)整平臺的溫度和風(fēng)扇冷卻的設(shè)置參數(shù)是很重要的；5).平臺涂層或介質(zhì)可能受損，需檢查并更換。6).在模型底層添加裙邊或墊層可輔助提高附著性。

3、層與層之間錯位潛在問題及解決方案：1).打印速度過快，可以適當(dāng)?shù)亟档退俣龋?).機(jī)械或者電子方面的問題：機(jī)械：皮帶或者頂絲松動，需要定期對機(jī)器做保養(yǎng)檢查；電子：可能電機(jī)或者電機(jī)線出問題。

4、打印過程中出現(xiàn)空打現(xiàn)象潛在問題及解決方案：1）.耗材用完了，重新安裝耗材；2）.噴頭堵塞，需要先疏通噴頭；3）.膠絲沒有被進(jìn)料齒輪帶動，拆機(jī)檢查齒輪是否被卡住；4）.擠出電機(jī)過熱，請檢查風(fēng)扇是否正常工作。

5、外表面有很多線條潛在問題及解決方案：1）.審查耗材質(zhì)量，確保直徑均勻，以保持?jǐn)D出量的一致性，避免溢膠現(xiàn)象；2）.穩(wěn)定噴頭溫度控制，防止溫度波動過大，也影響出絲量的一致性；3）.檢查機(jī)器是否晃動或Z軸絲桿是否存在問題，確保機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行。

5.3.2參數(shù)設(shè)置問題1、膠絲之間有明顯的縫隙潛在問題及解決方案：1）.核查軟件中有關(guān)耗材直徑的設(shè)置，使其參數(shù)與實(shí)際耗材直徑參數(shù)保持一致。2）.盡可能提高擠出倍數(shù)，即出膠量。以提高材料的擠出效果。

2、膠量過多地擠出潛在問題及解決方案：出膠量設(shè)置太大，造成膠量溢出，同時也要適當(dāng)調(diào)遠(yuǎn)平臺和噴頭的距離。

3、頂層有縫隙或者小孔潛在問題及解決方案：1）.檢查軟件中頂部的層數(shù)設(shè)置，確保層數(shù)設(shè)置足夠。2）.調(diào)整填充率，增加填充量，以提供足夠的支撐。3）.增加頂層的出膠量，確保頂層能夠充分粘附并保持穩(wěn)定。

4、拉絲現(xiàn)象潛在問題及解決方案：1）.適當(dāng)?shù)卦黾踊爻殚L度和回抽速度參數(shù)；2）.打印橋接特征時，噴頭來回移動的過程中，因為噴頭處于加熱狀態(tài)，膠絲仍然會繼續(xù)熔融流出。適當(dāng)?shù)亟档蛧婎^的設(shè)置溫度，可以減緩耗材熔融后地流動速度；3）.可以加快打印和噴頭移動的速度。

5、打印溫度過高的影響潛在問題及解決方案：1）.增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，加速冷卻，確保有效散熱。2）.適度減小噴頭的設(shè)定溫度，以避免高溫對打印質(zhì)量的影響。3）.降低打印速度，確保充分冷卻。4）.當(dāng)同時打印多個模型時，提升噴頭于模型之間的冷卻時間，有助于提高打印質(zhì)量。

6、層開裂潛在問題及解決方案：1）.調(diào)整層厚：確保層厚設(shè)置不宜過大，一般建議將層厚設(shè)置為至少比噴嘴直徑小20%。2）.可以嘗試調(diào)整噴頭溫度，適當(dāng)提高溫度。確保在適宜的溫度范圍內(nèi)，以促進(jìn)PLA材料的正常熔融和出膠。

7、絲料被研磨潛在問題及解決方案：1）.回抽參數(shù)設(shè)置不合適，可能回抽速度太快或者回抽長度太大；2）.適當(dāng)增加噴頭的設(shè)置溫度，增加耗材的流動性；3）.打印速度太快；4）.檢查是否噴頭堵塞。

8、填充薄弱潛在問題及解決方案：1）.考慮采用不同的填充圖案，以提高模型的力學(xué)性能；2）.適度減緩打印速度，有助于提高打印質(zhì)量；3）.增加填充時的出膠量，確保填充充分。

9、模型表面有顆粒：如圖5-26所示，堆膠等痕跡，潛在問題及解決方案：1）.需要調(diào)整回抽設(shè)置參數(shù)；2）.可以更改打印每層時的初始位置。

10、填充和外壁之間存在空隙潛在問題及解決方案：1）.提高填充和外壁之間的重疊參數(shù)；2）.適度減緩打印速度，提高打印質(zhì)量。

11、翹角潛在問題及解決方案：可能溫度過高，塑料在沒有快速冷卻的情況下發(fā)生的翹曲變形。如果發(fā)生在打印第一層時，也要留意平臺和噴頭的距離是否已經(jīng)調(diào)節(jié)合適。

12、頂層不平整，堆料潛在問題及解決方案：1）.調(diào)整出膠量，適度減少以防止過多的膠料流出；2）.檢查平臺在Z軸方向下降的距離，適度調(diào)大以確保合適的間距。

13、底板的角落處有孔和縫隙潛在問題及解決方案：1）.檢查軟件中輪廓周長的設(shè)置，適當(dāng)增加以確保足夠的輪廓；2）.增加頂部實(shí)體填充層的層數(shù)；3）.調(diào)整填充密度。

14、薄壁上的縫隙潛在問題及解決方案：1.優(yōu)化薄壁打印參數(shù)，提高填充和外輪廓的重疊參數(shù)；2.設(shè)置更合適的擠出寬度。

15、過小的特征無法打印潛在問題及解決方案：1）.重新設(shè)計模型，特征寬度至少要大于噴嘴的直徑；2）.如果模型無法修改，可能需要更換噴嘴直徑更小的噴頭；3）.更改切片軟件中的噴嘴直徑，讓打印機(jī)打印比自身噴嘴直徑小的特征。

16、翹邊潛在問題及解決方案：1）.確保打印平臺溫度適當(dāng)，不同材料需要不同的設(shè)置溫度；2）.外部環(huán)境冷卻可能導(dǎo)致膠絲提前脫離平臺，例如打印ABS時避免室溫過低；3）.使用加熱的密閉容器，保持打印機(jī)在恒溫環(huán)境下工作；4）.降重：與模型的初始層提高墊層或裙邊，有利于防止模型出現(xiàn)翹邊的問題。

17、懸空部分打印質(zhì)量太差潛在問題及解決方案：1）.逐漸減少打印層厚；2）.逐步提高支撐密度；3）.確保在支撐與模型之間的豎直方向有間隙，過大或過小都可能對表面質(zhì)量產(chǎn)生影響；4）.合理調(diào)整支撐與模型之間的水平方向的偏移；5）.對于多噴頭機(jī)器，考慮使用不同材料分別打印模型和支撐。5.43D打印經(jīng)驗總結(jié)上述章節(jié)完成了對常見打印問題以