3D打印機的誤差從何而來?
2018-09-06
隨著3D打印技術(shù)的漸漸普及，得以讓越來越多的普通用戶，可以接觸到3D打印技術(shù)，了解3D打印的魅力所在。然而，前景雖好，卻不得不叫人在意其打印精度的問題。那么，都有哪些因素會影響到3D打印機的打印精度呢？接下來，我們就以熔融沉積成型技術(shù)（FDM）為例，探討一下影響3D打印成品精度的幾個因素，希望能對各位3D打印愛好者有所幫助。
熔融沉積成型技術(shù)（FDM）是目前桌面3D打印機采用的主流技術(shù)，其工作原理是將絲狀的熱塑料材料通過噴頭加熱熔化并擠出成型，以ABS\PLA等聚合物以及石蠟為主要材料。其實，在3D打印過程中，影響成品精度的因素有很多，例如打印機的自身精度、打印溫度、打印速度、材料等等，我們逐一來看。
3D打印機自身精度
其實，這一點在購入3D打印機之初就已經(jīng)決定了，因此在購買打印機前一定看清挑選好。接著來說，3D打印機自身的制造和裝配精度以及工作過程中的振動都會影響其打印精度。與普通打印機只能實現(xiàn)X、Y兩個方向移動不同，3D打印機除了X、Y以外還增加了Z軸的縱向移動，任何一絲的移動都是部件之間的相互摩擦受力，始終會存有細微的偏差。例如XY平面誤差，打印機框架結(jié)構(gòu)及所用材料的剛度，會對其穩(wěn)定性有著很大影響。對于那些專業(yè)用戶而言，選擇更重的打印負荷與更多的金屬材料，將有助于打印機的穩(wěn)定性與耐久度。
此外，噴嘴的直徑也決定了擠出絲材的寬度，從而影響成品的精細程度。要知道，3D打印是通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的，因此層厚的設(shè)置同樣會影響成品的粗糙程度：選用大直徑噴嘴，層厚設(shè)置較厚，雖然打印速度比較快，但成品會比較粗糙；反之，則打印速度慢，但成品更加精細。
3D打印溫度
這里我們要說的打印溫度，實際上包含了噴頭溫度與成型室溫度。其中，噴頭溫度決定了材料的粘結(jié)性能、堆積性能、絲材流量以及擠出絲寬度。因此，噴頭溫度既不能過低也不能太高。過低，使材料粘度加大，擠絲速度變慢；太高則使材料偏向于液態(tài)，粘性系數(shù)變小流動性增強，擠出過快，無法形成可精確控制的絲。因此，設(shè)置噴頭溫度時應(yīng)根據(jù)所選線材的性質(zhì)在一定范圍內(nèi)選擇，以保證擠出的絲呈熔融流動狀態(tài)。
成型室溫度則會影響成形件的熱應(yīng)力大小，溫度高雖有助于減少熱應(yīng)力，但零件表面易起皺；溫度過低，從噴嘴擠出的絲材驟冷將使成形件熱應(yīng)力增加，易引起零件翹曲變形。為了順利成形，打印ABS時，一般成形室溫度保持在55 ℃為佳，而PLA則需盡量保持通風(fēng)散熱，不宜保溫。
分層厚度與補償量
所謂分層厚度，指的是切片時的層厚（或?qū)痈撸繉佣季哂幸欢ê穸龋瑫诔尚魏蟮漠a(chǎn)品表面產(chǎn)生肉眼可見的臺階紋，層厚越高文理越明顯，將影響成形后實體的尺寸誤差以及表面的粗糙程度。對FDM技術(shù)而言，這屬于原理性誤差無法完全消除臺階紋，但可以通過設(shè)置較小的分層厚度進行改善。
而補償量指的是成件實際加工輪廓線之間的距離值，那些對精度要求高的模型來說，一般建模就要盡量給出補償尤其是內(nèi)孔，補償量數(shù)值的設(shè)定與擠出絲的直徑、3D打印機性能等方面有關(guān)，要自己慢慢摸索。
擠出速度與填充速度
在填充速度合理匹配的情況下，擠出速度越大，擠出絲的截面寬度越大；當(dāng)擠出速度增至一定值時，擠出的絲可能會粘附于噴嘴外圓錐面，剮蹭到模型外表面而影響美觀。當(dāng)填充速度比擠出速度快時，材料則會因填充不足而出現(xiàn)斷絲的現(xiàn)象，難以成形；反之，填充速度比擠出速度慢，熔絲易堆積在噴頭上而使成形面材料分布不均勻，表面出現(xiàn)疙瘩，影響打印質(zhì)量。因此，填充速度與擠出速度之間應(yīng)在一個合理的范圍內(nèi)。
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