3D 打印塑件常見(jiàn)問(wèn)題及排除

梁宇明

（茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 茂名525000）

3D打印（3D printing）技術(shù)是屬于增材制造技術(shù)中的一種。它可以由三維模型得到數(shù)據(jù)，再采用材料逐層結(jié)合的方式來(lái)制造零件或產(chǎn)品的技術(shù)。得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D 打印機(jī)價(jià)格降低、體積變小，逐漸走入教學(xué)、娛樂(lè)等大眾領(lǐng)域，而桌面級(jí)3D打印機(jī)以體積小、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)受到市場(chǎng)青睞。其主要采用FDM熔融層積成型技術(shù)，在打印時(shí)，先將噴嘴溫度升高，達(dá)到熱塑性材料的熔點(diǎn)。然后利用壓力將絲狀材料送入到噴嘴中，材料融化后在壓力作用下從噴嘴噴出，同時(shí)按照計(jì)算機(jī)的指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最終將材料逐層堆積形成既定形狀的產(chǎn)品。桌面級(jí)3D打印機(jī)體積小、操作方便、價(jià)格低，越來(lái)越受到人們的歡迎，走入了千家萬(wàn)戶。但是由于桌面級(jí)3D打印機(jī)設(shè)備配套簡(jiǎn)單、打印操作員技術(shù)水平參差不齊，在3D 打印過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多打印問(wèn)題。本文主要對(duì)打印常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行深入探討，提出相應(yīng)的解決方法和維護(hù)措施，減少3D 打印機(jī)故障率，提高3D打印質(zhì)量。

1 塑件翹邊現(xiàn)象

塑件翹邊現(xiàn)象主要體現(xiàn)為，3D打印塑件底層的時(shí)候，塑件底層一角或一邊出現(xiàn)與打印平臺(tái)松動(dòng)的情況，隨著打印的進(jìn)行，松動(dòng)的一角或者一邊，翹起的角度逐漸增大，最后完全脫離平臺(tái)。相對(duì)于PLA材料，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在ABS材料尤為嚴(yán)重。分析其主要原因是ABS材料打印溫度較高，跟打印平臺(tái)溫度及室溫溫差大，冷卻時(shí)溫度劇烈變化。打印大件零件時(shí)，零件兩邊的溫度相差太大，導(dǎo)致零件產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，使零件一角或者一邊發(fā)生翹邊現(xiàn)象。而且打印平臺(tái)由于加熱裝置度加熱分布不均，導(dǎo)致各處溫度不一致，加重了翹邊現(xiàn)象，在打印較大平面的零件時(shí)更為嚴(yán)重。翹邊的根本原因主要使由于材料的自身性質(zhì)決定的，因此我們需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)避免或者減小翹邊程度。因此翹邊解決方法主要有：①選取合適材料、控制溫度變化差異。ABS 因打印溫度高于PLA，凝固前后溫差大，更易產(chǎn)生翹邊，而PLA打印溫度低，冷卻前后溫差小，不容易產(chǎn)生翹邊。②優(yōu)化打印參數(shù)。在保證打印質(zhì)量的情況下，應(yīng)盡量選取較小打印溫度，加熱平臺(tái)持續(xù)加熱，在打印底層時(shí)，為了減少零件兩邊的溫差，降低溫度應(yīng)力，可以采取關(guān)閉打印頭風(fēng)扇、創(chuàng)造封閉打印環(huán)境和降低底層的打印速度等措施；③增大打印平臺(tái)與打印零件之間的結(jié)合力，可在平臺(tái)上預(yù)先涂敷膠粘性物質(zhì)；④日常維護(hù)中保證平臺(tái)水平光潔、加熱均勻。

2 塑件打印缺層

塑件打印缺層現(xiàn)象主要體現(xiàn)為，零件3D 打印到一定的高度后，發(fā)生零件缺層、各處有凹陷的，甚至部分地方厚度減少的現(xiàn)象。零件打印的初期基本不會(huì)出現(xiàn)這種情況，一般在中后期會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象，而且越來(lái)越嚴(yán)重，甚至大型零件會(huì)出現(xiàn)打印失敗。這種缺層現(xiàn)象對(duì)塑件零件的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致打印零件不符合使用要求，甚至報(bào)廢現(xiàn)象。分析其產(chǎn)生的原因主要是，打印材料在打印噴頭中擠出不順暢，也就是打印材料由于摩擦力太大，本應(yīng)輸出的流量小于打印參數(shù)設(shè)定量，導(dǎo)致多余的材料在打印噴頭的加熱管中堆積，打印時(shí)間越久，余料在打印噴頭中堆積越多，摩擦力越大，擠出量越來(lái)越少，出現(xiàn)缺層現(xiàn)象。

塑件打印缺層現(xiàn)象是擠出材料不順暢導(dǎo)致的，因此我們可以采取以下措施來(lái)避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象：①采用質(zhì)量好的3D 打印材料。部分3D打印材料為了降低成本，在材料里面添加了大量的雜質(zhì)，造成塑料融化后，依然有固體小顆粒的存在，與打印噴頭管道產(chǎn)生很大的摩擦力，造成擠出不順暢，因此選用質(zhì)量好的3D 打印材料可以避免這種情況。②提高打印噴頭的溫度。打印噴頭溫度過(guò)低，會(huì)讓打印材料粘度高，跟噴頭管道產(chǎn)生較大摩擦力。因此，提高打印噴頭溫度，使塑料粘度下降，減少摩擦力，擠出材料更順暢。③疏通打印噴頭。更換不同批次、不同廠家或者不同種類的打印材料時(shí)，由于沒(méi)有將打印噴頭內(nèi)的上一個(gè)打印材料及時(shí)擠出，或者擠出不完全，導(dǎo)致兩個(gè)打印材料融化結(jié)合后，難以擠出，造成堵塞。因此，我們?cè)诟鼡Q材料時(shí)，必須把在打印噴頭中的前一個(gè)打印材料清空，使下一個(gè)打印材料擠出出絲順暢后，才能正式打印零件。

3 打印材料斷絲

打印材料斷絲現(xiàn)象主要體現(xiàn)為，第一種情況是打印過(guò)程中，打印材料突然斷絲，打印機(jī)依然正常運(yùn)行；第二種情況是打印結(jié)束后，無(wú)新的打印任務(wù)進(jìn)行，打印機(jī)靜置幾小時(shí)后，打印材料自動(dòng)斷絲。第一種斷絲情況主要是，由于打印噴頭擠出絲料的量小于送料齒輪的送料量，導(dǎo)致打印材料堵在打印噴頭管道里面，當(dāng)送料齒輪擠壓力超過(guò)打印材料的承受力時(shí)，絲料便會(huì)折斷。第二種斷絲情況是，由于打印材料是塑料，打開(kāi)密封包裝后，受陽(yáng)光、空氣、溫度等周邊環(huán)境的影響，塑料極容易受潮、氧化，使塑料變脆，當(dāng)打印完成后，打印材料靜置在料架上，受周邊環(huán)境影響，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，脆化的塑料便自動(dòng)斷開(kāi)了。這種材料自身性質(zhì)導(dǎo)致的斷絲，無(wú)法改善，只能是開(kāi)封打印材料后，盡快使用完畢，或者重新抽真空密封保存，方能避免。

4 打印噴頭出絲變細(xì)

打印噴頭出絲變細(xì)的現(xiàn)象主要表現(xiàn)為，打印噴頭出絲口直徑為Ф0.4mm，但是實(shí)際打印時(shí)，打印噴頭實(shí)際的出絲直徑為Ф0.2～Ф0.4 之間，導(dǎo)致打印層之間的間隙肉眼可見(jiàn)，且打印出來(lái)的零件，力學(xué)性能很差，稍一用力便斷開(kāi)。

打印噴頭出絲變細(xì)現(xiàn)象主要原因是，由于打印噴頭加熱溫度太低，導(dǎo)致塑料融化狀態(tài)流動(dòng)性能差，跟噴頭管道產(chǎn)生很大摩擦力，造成噴頭管道部分堵塞，出絲變細(xì)。解決措施是：①提高噴頭加熱溫度，增強(qiáng)塑料融化狀態(tài)的流動(dòng)型。②清理噴頭管道，讓噴頭在高于正常打印10 度的情況下，手動(dòng)出絲一段時(shí)間，把管道沖刷干凈。③如果上述方法不能解決，就只能采取更換打印噴頭或者負(fù)責(zé)送料的擠出齒輪。

5 打印零件只打印半成品

打印零件只打印半成品的現(xiàn)象主要表現(xiàn)為，3D 打印機(jī)正常打印零件一段時(shí)間后，打印噴頭依舊出絲，但打印噴頭的出絲只纏繞在打印噴頭上，沒(méi)有與打印零件粘接在一起，也就是打印噴頭在打印零件上方“走空刀”。如果3D打印期間無(wú)人值守，打印完成后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)打印零件只完成了一部分，而打印噴頭上纏繞了很大圈的打印材料絲團(tuán)，導(dǎo)致打印失敗。

打印零件只打印半成品的主要原因可能有：①3D 打印模型的參數(shù)有問(wèn)題，導(dǎo)致3D打印的分層軟件分層時(shí)，出現(xiàn)了缺層現(xiàn)象，也就是分層軟件輸出的打印程序本身就是斷層的。打印時(shí)，打印噴頭Z軸坐標(biāo)錯(cuò)誤，層與層之間間隙太大，打印失敗。②3D打印材料質(zhì)量較差，打印材料雜質(zhì)添加不均勻，材料部分地方雜質(zhì)太多，打印噴頭溫度較低的情況下，導(dǎo)致打印材料融化狀態(tài)的流動(dòng)性能太差，與管道摩擦力太大，導(dǎo)致該處出絲量小，甚至出絲緩慢，發(fā)生斷層現(xiàn)象。

解決方法主要有：①認(rèn)真檢查3D打印模型的完整性，在用3D打印分層軟件進(jìn)行分層后，必須檢查層與層之間是否有空層的存在。②更換高純度的3D打印材料，且打印材料絲料的直徑保持一致性，防止有圓球狀凸起的地方，造成卡絲和斷絲。③調(diào)整打印參數(shù)，提高打印噴頭溫度，降低打印速度。④及時(shí)清理打印噴頭管道，嚴(yán)重時(shí)需要更換新的打印噴頭。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)3D打印塑件常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析可知：常見(jiàn)的3D 打印塑件問(wèn)題很多時(shí)候都是打印噴頭與打印材料摩擦力過(guò)大引起的。因此選擇合適的打印溫度、打印速率等打印參數(shù)，同時(shí)選擇純度高、質(zhì)量好的打印材料，都能提高打印材料在打印噴頭管道中的流動(dòng)性、減少摩擦力，保證擠出材料的順暢，減少3D打印的故障率，對(duì)提高塑料制件的質(zhì)量起到有效的促進(jìn)作用，更是一種有效提高3D打印制件性能和質(zhì)量的有效手段。除此之外，噴頭使用狀況也對(duì)塑料制件的質(zhì)量有著顯著的影響，因此桌面級(jí)3D打印機(jī)更應(yīng)注重日常硬件維護(hù)，在打印時(shí)設(shè)置好工藝參數(shù)、采取輔助措施，就能有效提高打印質(zhì)量。