工藝參數對桌面級3D打印機精度影響的研究

黃靜薇， 張香月， 汪泓寰， 肖 旭， 田 萌

（成都理工大學核技術與自動化工程學院， 四川 成都 610059）

引言

伴隨著全球制造業的不斷進步，3D打印從20個世紀80年代的嶄露頭角到現在的大顯身手，這一切與它操作簡單、成型速度快，支撐容易去除、無環境污染破壞等特點息息相關，符合我們所倡導的綠色制造概念。因此各個國家都希望能掌握其核心技術——打印成品的精度。

1 填充方式

3D打印是通過熔融絲材層層疊加的，因此具有許多的填充方式，如linear（線性）、Hilbert（希爾伯特曲線）、Hexagonal（六邊形）等方式。不一樣的填充方式都會引起打印件的表面粗糙度、材料耗費量等發生變化。

填充方式指的是：噴頭在打印件內部打開網格的形式。

表1 填充方式為變量時材料耗費量變化

2 熱床溫度

當熱床溫度低于30℃時，打印產品容易出現翹邊甚至打印失敗現象。當熱床溫度高于50℃時，則會使噴頭所噴出的熔融態材料不能及時冷卻，即當一層未凝固時下一層就已經覆蓋在此層之上，從而使得模型出現變形的現象。

表2 熱床溫度為變量時打印產品狀況

圖1 熱床溫度過低時的模型打印狀況

圖2 熱床溫度過高時的模型打印況

3 回縮距離

回縮距離指調整長絲在行進之前被拉回到擠出機中的數量。增加回縮距離可能會對擠出機的使用壽命產生負面影響。如果模型顯示出拉絲的跡象，增加拉伸距離可能會有所幫助。也可能是由于燈絲暴露在潮濕或潮濕的環境中造成的。當回縮距離越小，表面粗糙度變得越大，拉絲和翹邊情況隨之嚴重，故而材料的打印精度越低；反之當回縮距離變大時，而打印機的最大回縮距離為1.6 mm，表面粗糙度變得越小，拉絲和翹邊情況隨之減輕了，材料的打印精度變高。

表3 回縮距離為變量時打印產品狀況

4 填充密度

在3D打印中的填充密度指的是模型打印時內部材料填充的比例。如100%填充就是完全實心填充，0%即空心填充。填充指的是在所打印產品的外形結構里面填充，所以0%并不代表不填充，而是結構內部為空心。因此，填充密度越小，打印件的強度越低，花費的打印時間很少，填充密度越大，模件的強度雖然增加了，但所用時間增加了。所以，當選擇填充密度時，需要根據實際情況來選擇。經過了一系列實驗，在這里推薦填充密度最好選擇20%～40%。

表4 填充密度為變量時產品所需打印時間的變化

5 結論

本文對影響MakerBot Replicator Z18 3D打印機打印成品的幾個工藝因素逐一做了對比實驗，通過這些實驗數據的分析統計，給出了一些因素的最佳數值或范圍。當然，不可能每個因素都有最佳數值，這是因為每個人對打印的產品使用要求不同，其中一些因素選取要根據實際需求來定。結論如下。

1）本實驗所使用的儀器設備是MakerBot Repl icator Z18 3D打印機,所以使用的材料是PLA，對于不同顏色的材料，經實驗得知綠色的綜合性能相較于其他顏色來講要優秀一些。

2）填充方式有許多種，其中按照打印產品的綜合性能來講，線性打印所得成品最好。

3）當熱床溫度高于50℃或低于30℃時會出現打印失敗的情況，所以打印最佳熱床溫度為30℃～50℃為最佳。

4）回縮距離越小，其打印產品的粗糙度很大，拉絲以及翹邊情況會更嚴重，由實驗數據可知，回縮距離越大打印效果越好，因該儀器的最大回縮距離為1.6 mm，所以最佳回縮距離為1.6 mm。

5）填充密度的取值范圍在20%～40%之間可獲得理想的模件，因為在此范圍內打印時，花費的時間少，拉絲情況不嚴重，翹邊情況也還可觀，最重要的是模件強度對于一般零件的使用來說適中。