3D打印機(jī)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(huì)影響到3D打印機(jī)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(gè)因素，希望能對(duì)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(jī)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(shí)，在3D打印過程中，影響成品精度的因素有很多，例如打印機(jī)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(jī)自身精度
其實(shí)，這一點(diǎn)在購入3D打印機(jī)之初就已經(jīng)決定了，因此在購買打印機(jī)前一定看清挑選好。接著來說，3D打印機(jī)自身的制造和裝配精度以及工作過程中的振動(dòng)都會(huì)影響其打印精度。與普通打印機(jī)只能實(shí)現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向移動(dòng)不同，3D打印機(jī)除了X、Y以外還增加了Z軸的縱向移動(dòng)，任何一絲的移動(dòng)都是部件之間的相互摩擦受力，始終會(huì)存有細(xì)微的偏差。例如XY平面誤差，打印機(jī)框架結(jié)構(gòu)及所用材料的剛度，會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性有著很大影響。對(duì)于那些專業(yè)用戶而言，選擇更重的打印負(fù)荷與更多的金屬材料，將有助于打印機(jī)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(xì)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(huì)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(huì)比較粗糙；反之，則打印速度慢，但成品更加精細(xì)。
3D打印溫度
這里我們要說的打印溫度，實(shí)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(dòng)性增強(qiáng)，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(shí)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(dòng)狀態(tài)。
成型室溫度則會(huì)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(shí)，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(bǔ)償量
所謂分層厚度，指的是切片時(shí)的層厚（或?qū)痈撸?，每層都具有一定厚度，?huì)在成形后的產(chǎn)品表面產(chǎn)生肉眼可見的臺(tái)階紋，層厚越高文理越明顯，將影響成形后實(shí)體的尺寸誤差以及表面的粗糙程度。對(duì)FDM技術(shù)而言，這屬于原理性誤差無法完全消除臺(tái)階紋，但可以通過設(shè)置較小的分層厚度進(jìn)行改善。
而補(bǔ)償量指的是成件實(shí)際加工輪廓線之間的距離值，那些對(duì)精度要求高的模型來說，一般建模就要盡量給出補(bǔ)償尤其是內(nèi)孔，補(bǔ)償量數(shù)值的設(shè)定與擠出絲的直徑、3D打印機(jī)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(shí)，擠出的絲可能會(huì)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(shí)，材料則會(huì)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(gè)合理的范圍內(nèi)。
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