3D打印機(jī)的誤差從何而來?
魔猴君 知識(shí)堂 2359天前
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?本期,我們就以熔融沉積成型技術(shù)(FDM)為例,與各位探討一下影響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。
開篇所說的這個(gè)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。
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)。
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)。