家庭3D打印機維護與故障解決方法

孫昱放

（西安交通大學附屬中學，陜西 西安 710054）

家庭3D打印機維護與故障解決方法

孫昱放

（西安交通大學附屬中學，陜西 西安 710054）

家庭3D打印機在使用過程中比較容易出現各種機械故障或打印質量下降等現象，使用者必須掌握一些3D打印機維修維護方法才能保證打印出完美的三維模型，更好地體驗3D打印的樂趣。針對主要零部件包括打印平臺、打印噴頭、加熱器、冷卻風扇、送絲機、皮帶、Z軸絲桿等的常見故障，基本涵蓋了3D打印機經常出現的所有故障問題及影響打印質量的各種因素，詳細闡述了機械故障維修方法，并全部經過實際驗證，簡單易行便于操作，具有極強的實用性和參考性。

3D打印機維護；3D打印機故障；打印質量；打印送絲

目前，隨著3D打印技術日漸成熟，生產廠家不斷增多，3D打印技術可以作為一項基礎的制造技術融入各個行業，同時進入普通家庭。家用3D打印機主要是采用熔融沉積制造技術的3D打印機，基于3D打印開源的技術理念，產生了各種形式和各種品牌的產品，并且還有自主進行散件DIY組裝，可以更加近距離體驗3D技術的神奇世界。在兩年的使用過程中，我的3D打印機出現了各種各樣的故障問題，不斷地學習、查找和摸索中也積累了大量的維修經驗和教訓，在此把3D打印機使用過程中常見的問題和解決方法總結出來，供大家參考。

一、打印材料

目前主流打印材質主要有兩種，PLA（聚乳酸，可生物降解，無毒害）和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）。它們都是通過熔絲加工，將塑料絲原材料進行加熱、塑性、冷卻，然后成型。

ABS材料更容易塑性，但會產生有害氣體。打印時需加熱到220度，更具流動性地進一步填滿噴嘴管，擠出比較通暢不容易堵住噴嘴。

PLA材料相比要更環保，打印時需加熱到200℃，但其塑性程度有限，不夠耐用，使噴嘴堵塞風險更大。有可能會出現鼓起的氣泡和膨脹，甚至被碳化，導致擠出不通暢。

每種材料都有它自己的特性，比如熔化溫度和出料速度，所以要確保打印機設置的各項數據能支持你所使用的打印材料。作為家庭個人使用的3D打印機，建議采用PLA材料。

二、打印平臺

打印平臺不平會造成材料與平臺底板不容易黏合，第一層有時會無法打印，或打印幾層后發現翹邊現象，或者打完的模型拿不下來等。

首先要確立打印平臺與打印噴嘴的間隙，過大或過小都會有影響。需要及時調整平臺高度，用一張紙來做一個快速檢測：將你的打印噴頭Z軸設置在打印第一層的位置，在打印噴頭噴嘴距離打印平臺距離大約就是一張紙的厚度，可以采用普通A4紙或廣告紙，把紙插入到打印平臺和噴頭之間，可以順利抽動紙張，在平臺上取3個位置，調整每個位置的打印平臺，保證平臺與噴嘴的間隙距離。也可以這樣，前后左右移動噴頭到打印平臺的4個角和中心，如果噴頭能自由移動而不刮紙張，那么你的打印平臺基本上就調好了。

有些3D打印機的打印平臺帶有熱床，可以使首層更好地附著在打印平臺上。如果用PLA材料打印，則可以不用加熱的打印平臺，平臺上粘上一層美紋紙即可；如果用ABS材料打印，要確保將你的打印平臺預熱，預熱溫度越高越能防止ABS材料在打印過程中卷邊翹起。

打印平臺變形不平整，導致中間突出或凹陷，可以利用打印軟件，將所要打印模型底部加上平鋪層，或者在軟件設置中加大第一層厚度，都可以使模型更好地粘貼到平臺上。

三、打印噴頭

打印噴頭是最容易產生故障的地方，最常見的就是打印時不出絲，或者出絲量明顯不足，或產生斷層的問題，當然了這個現象也可能是其他部件的故障導致，遇到這種情況時，需要進行具體分析，逐一排除。

1.首先要判斷一下是否是料盤的絲被纏繞卡住，是否是送絲機送絲不暢，還是打印頭噴嘴堵塞。

2.若是打印噴頭的噴嘴堵塞，要先加熱打印頭，先把原料從打印噴頭上取下（注意：打印材料拔出一定是在打印頭加熱情況下進行的，不能冷卻狀態強行拔出，否則會導致堵塞更加嚴重）。使用小于噴嘴的小鉆頭或鋼絲疏通噴嘴，然后將噴頭溫度手動調高，手動往進料喉管中擠壓絲材，使噴嘴正常出絲，接著拔出絲材，再次插入進料喉管，稍等膠絲熔化后拔出，使半熔化的絲材將噴頭中的殘留物或堵塞物粘連帶出，反復這樣操作幾次直至出絲通暢。要注意不要將擠出頭溫度設置超過250℃，過高溫度可能導致材料燒焦炭化，堵死噴頭。

3.若噴頭堵死采用以上方法不能解決時，那需要拆開打印噴頭，取下噴嘴、加熱塊、四氟管和喉管等（拆卸時要注意喉管比較薄，不要強硬擰動易損壞喉管，可以在加熱狀態下拆卸會比較容易，但是要小心不要燙到手），清理噴嘴及喉管處粘連的材料，冷卻后粘連的材料非常不好清理，尤其是螺紋的位置，這里我介紹一個簡單方便的辦法，可以將噴嘴和喉管有粘連材料的部位用火燒一燒，將粘在上面的材料全部燃燒掉，然后擦凈喉管和噴嘴等零件，再重新安裝。

4.遠程送絲的打印機有時會在噴頭快換接頭和喉管之間的間隙處出現堵塞，例如V5打印噴頭的結構。因為喉管內有聚四氟乙烯軟管，快換接頭連接送絲機過來的聚四氟乙烯軟管，兩個軟管之間有一段空隙，在絲材更換過程中，拔出的半融化的材料經過此處時略有粘連，慢慢地粘連逐漸堆積最后導致半堵塞狀態，影響噴頭出絲效果。所以要盡量減小此處間隙。可以在間隙處也放一小段軟管，或直接采用直通頭，也就是一根送絲軟管直接插入到喉管內部，不再分為兩段，都可以解決這個問題。

另外，打印噴頭上的噴嘴一般是0.2mm～0.4mm，最常用的是0.4mm，使用時間長之后會有磨損，需要及時更換。

四、噴頭加熱器

溫度不能達到設置要求，無法正常打印。這時要檢查看看加熱棒、溫度傳感器的引線，和板卡的接插有沒有接觸不良的問題。或者更換一個新的加熱棒進行嘗試。

五、冷卻風扇

風扇是用來幫助打印頭散熱器更快的散熱，若降溫效果不好，會導致打印頭內本應是固體的部分絲材受熱變軟，無法有效地產生擠出力。一般配置的都是塑料材質的小風扇，使用時間長后，風扇有損壞或者出現轉動不平衡的震動，帶動打印頭發生震動，會影響打印效果，若出現以上情況或風力不足時，要及時更換新風扇。

六、送絲機

送絲機擠出力的產生是彈簧的彈力使軸承夾和擠出電機上的銅齒輪將絲材緊緊夾住，擠出電機轉動時，銅齒輪通過摩擦力帶動絲材前進。而且擠出力通過絲材傳遞到噴嘴處，才能夠真正起到擠出作用。絲材在打印噴嘴處融化成液體，在細小的銅噴嘴管道中流動，其本身的阻力就比較大，送絲機的擠出力仍然足以克服這個阻力，將耗材擠出才能完成打印動作，可以看到飽滿的出絲效果。送絲機的回抽動作可以使得打印過程中中斷出絲的效果，在不需要出絲的時候電機反轉抽絲產生的負壓，使得噴嘴口已經融化的材料不會繼續流出，才能達到最佳的打印效果。最好能把塑料管的快換接頭換成全鋼的，增加對塑料管的固定強度，這樣瞬間回退時，聚四氟乙烯軟管不會與這個快換接頭有相對運動，仔細觀察會發現，塑料快換接頭會有一點點運動，在回退料時都會有延時，會出現材料沒完全回退到位，打印頭就開始移動，這樣打印的物件兩實體間，就容易產生細絲連接。

七、皮帶

3D打印機正常運作的時候沒有太大聲音，皮帶太緊會有很大的噪音，皮帶太松會容易出現丟步。所以要調整好皮帶的松緊度才能保證XY方向運動的平穩。皮帶安置好之后，可以通過轉動滑輪判斷是否有太多的阻力。當拉動皮帶時，皮帶發出比較響的聲音，表明皮帶太緊了。皮帶太緊就會給電機軸和滑輪帶來很大壓力，必須調松一下。用手前后旋轉3D打印機電機滑輪，如果工作臺移動前后對稱，說明松緊合適，如果向后延時了，代表太松了。一個比較合適的測試方法是用圓柱形模型打印，如果某一邊是平的，那就說明這一邊所對應的軸皮帶太松了，需要調整均勻。

八、Z軸絲桿

Z軸運動的精度和平穩性保證了打印每一層的效果。將打印平臺升至最高，然后用手輕觸打印平臺的基座，在下降打印平臺到最低點的整個過程中，手可以感覺到平臺在下降過程中的微微振動和下降的均勻性，若是有突然出現的明顯跳動和晃動，那就說明那里有異物或絲杠有瑕疵，需要清潔該位置絲杠，并涂抹潤滑油。上下幾個來回若還有問題，則需要松開絲桿螺母，調整位置直至平臺運行平穩。

九、其他故障

1.打印產品表面有點點，不光滑。首先要看是不是打印材料問題，打印材料質量不好或者里面有雜質會出現打印表面不光滑等現象。其次銅噴嘴里面混有雜質導致出絲不光。或者是噴嘴內部加工達不到要求，出現毛糙。需要更換噴嘴。

2.打印過程中有拖絲。拖絲也可能是材料的問題，或者溫度過高或者是軟件參數配置里面沒有設定打印回抽選項，回抽效果好就不會出現拖絲現象，如果拖絲是溫度過高所致，需要降低溫度，有的拖黑絲為打印材料在噴嘴里面停留過久部分炭化所致。

以上總結了幾乎全部的常見機械故障，供大家參考。3D打印機不僅要會玩，還要會修，靈活掌握各種技巧，都能夠提升打印質量，在此也感謝3D打印機開源的設計理念，讓所有人都能自由享受3D打印的樂趣。

［1］吳海曦，余忠華，張浩，等.面向熔融沉積成型的3D打印機故障聲發射監控方法［J］.浙江大學學報：工學版，2016，50（1）：78-84.

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