3D打印機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題解析

史昊天　劉一飛　豐志良

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，有著“第三次工業(yè)革命”重要標(biāo)志的3D打印越來(lái)越被人們熟知，并應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、高校教育等領(lǐng)域，本文通過(guò)對(duì)常見(jiàn)FDM 3D打印機(jī)的介紹及常見(jiàn)問(wèn)題的分析，對(duì)了解3D打印技術(shù)、使用3D打印機(jī)具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：3D打印;分層;FDM機(jī);翹邊

中圖分類(lèi)號(hào)：TH-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

3D打印技術(shù)又稱(chēng)為增材制造技術(shù)，起源于上世紀(jì)80年代，是通過(guò)材料自下而上的堆積而形成的各種復(fù)雜加工零件的加工工藝，相對(duì)于傳統(tǒng)加工的材料去除加工工藝，3D打印設(shè)備不需要刀具、模具等工具，克服了復(fù)雜零件難加工或不能加工的缺陷，降低了整個(gè)加工過(guò)程中原材料的使用。目前3D打印隨著現(xiàn)代的發(fā)展，廣泛的應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域、醫(yī)療器械領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域等領(lǐng)域，被稱(chēng)為“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”。因此3D打印技術(shù)也是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的一個(gè)重要掌握環(huán)節(jié)。

目前高校上常用的3D打印設(shè)備為FDM機(jī)即熔融沉積成型技術(shù)，就是通噴頭加熱將打印材料進(jìn)行熔化通過(guò)擠壓，把材料按計(jì)算機(jī)給出的零件平面輪廓一層一層的堆碼快速固化從而加工成型。相對(duì)于其它3D打印技術(shù)，F(xiàn)DM機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行成本低、可用材料多樣等優(yōu)點(diǎn)。

1 了解3D打印

3D打印是鍛煉學(xué)生軟件應(yīng)用能力以及實(shí)踐動(dòng)手能力的重要實(shí)習(xí)手段。如果想完成3D打印模型。首先需要學(xué)習(xí)一款三維建模軟件，把所需要的打印模型畫(huà)出來(lái)，可根據(jù)自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)不同選擇不同的三位建模軟件，一般機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)solideworks、UG等軟件即可。模型建好后，需要保存時(shí)，切記保存格式為.stl格式，否則切片軟件無(wú)法識(shí)別后續(xù)工作無(wú)法開(kāi)展。

當(dāng)模型建好后，需要利用切片軟件，對(duì)模型進(jìn)行切片處理，即將設(shè)計(jì)好的三維模型在Z軸方向進(jìn)行切分，使其在X-Y軸平面上逐層進(jìn)行平鋪堆積，從而組建模型，現(xiàn)在常用的切片軟件有Cura、MakeBot以及閃鑄等。通過(guò)在切片軟件上的參數(shù)設(shè)置，從而達(dá)到不同的加工精度和要求。常見(jiàn)的切片參數(shù)有層高、速率、回抽、加熱溫度、支撐等，因此需要熟悉各種參數(shù)，才能加工出滿意的模型。當(dāng)切片軟件處理好三維模型時(shí)即可在3D打印機(jī)上進(jìn)行打印。打印完成后，模型有時(shí)后會(huì)需要后處理即模型的后續(xù)加工，可通過(guò)手工銼、鋸等加工方式進(jìn)行后處理從而即鍛煉的學(xué)生的創(chuàng)新也提高了動(dòng)手實(shí)踐能力。

2 3D打印常見(jiàn)問(wèn)題

在3D打印過(guò)程中，我們打印的模型常常有這樣或那樣的問(wèn)題，以材質(zhì)ABS和PLA為加工材料的3D打印機(jī)為例，我們會(huì)遇到的下列常見(jiàn)現(xiàn)象

2.1 平臺(tái)的調(diào)平

在使用3D打印機(jī)前我們應(yīng)先對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平即噴頭與加工平臺(tái)間的距離，從而使噴頭在移動(dòng)時(shí)能保持與工作平臺(tái)保持在一個(gè)固定的距離，如果距離太低則出料困難，致使第一層很薄，從而影響打印效果。如果距離太遠(yuǎn)則容易致使第一層無(wú)法粘結(jié)在工作平臺(tái)上，致使打印失敗。因此如何調(diào)平對(duì)于3D打印機(jī)的加工質(zhì)量至關(guān)重要。調(diào)平，常見(jiàn)的可通過(guò)調(diào)整打印平臺(tái)上的螺母從而更改噴頭于平臺(tái)距離進(jìn)行手動(dòng)調(diào)平。具體步驟為將平臺(tái)上的螺母擰緊，在平臺(tái)上鋪一張A4紙，運(yùn)行打印機(jī)上面的調(diào)平程序，待噴頭運(yùn)動(dòng)到具體位置時(shí)，調(diào)整螺母，使平臺(tái)與噴頭之間的距離恰為一張紙的厚度，輕拉紙張略有阻力即可，調(diào)整好后，在進(jìn)行下一個(gè)位置，從而使每個(gè)位置的距離都一樣，從而使平臺(tái)平正。調(diào)平是一項(xiàng)耐心的工作，初次加工時(shí)需要多次調(diào)平，從而為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。

2.2 打印模型翹邊

在打印過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在打印零件時(shí)隨著打印時(shí)間的推移，模型的邊緣往往會(huì)翹起來(lái)如圖1，為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)槲覀冊(cè)诖蛴∵^(guò)程中，由于材料的熱脹冷縮，致使材料從噴頭出來(lái)之后會(huì)收縮，從而引起翹邊現(xiàn)象。相對(duì)于小個(gè)模型，因?yàn)楸容^大的模型，距離更長(zhǎng)，熱脹冷縮更加明顯，所以影響更大。在3D打印過(guò)程中我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，從而降低翹邊概率。利用平臺(tái)熱床，通過(guò)增加平臺(tái)溫度，降低熱脹冷縮的速率，從而降低其影響，改善翹邊程度。如果設(shè)備沒(méi)有熱床功能可以降低打印速度，改變第一層線寬從而使材質(zhì)更多的粘貼在平臺(tái)上，降低熱脹冷縮影響。還可通過(guò)部分固體膠涂抹在平臺(tái)上，增加材料附著力，從而避免翹邊。

2.3打印模型分層

因?yàn)镕DM 3D打印機(jī)是通過(guò)將材料融化，自下而上將材料一層一層的堆積從而形成各種復(fù)雜的模型，在加工過(guò)程中我們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)在一些加工模型中在加工完成或未完成時(shí)有些地方層與層之間出現(xiàn)了縫隙，從而影響整個(gè)加工模型的質(zhì)量如圖2模型胡巴在打印完成手臂處出現(xiàn)分層現(xiàn)象。出現(xiàn)分層的原因就是層與層之間不能很好的粘合，從而致使整個(gè)模型開(kāi)裂，可先檢查層高設(shè)置是否合適，一般層高設(shè)置不應(yīng)大于噴頭的直徑，如果層高過(guò)高則可影響層與層之間的粘合力，從而產(chǎn)生分層現(xiàn)象。如果改善不大則可考慮通過(guò)調(diào)整噴頭溫度來(lái)改善，因?yàn)閲婎^溫度太低，材料不能完全融化，從而致使材料在冷卻過(guò)程中并不能很好的附著在一起?？梢悦看握{(diào)整5度，來(lái)看一下整體加工是否有改善。在模型精度要求不高、分層程度可以接受時(shí)，可通過(guò)膠水將其粘貼牢固進(jìn)行補(bǔ)救。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)3D打印技術(shù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹，使人們對(duì)3D打印有了一個(gè)比較直觀的認(rèn)識(shí)和了解。在通過(guò)對(duì)打印過(guò)程中所遇到的問(wèn)題分析，給出如何避免類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生，具有重要的意義。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和改善，他將填補(bǔ)傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝短板，促進(jìn)現(xiàn)代加工技術(shù)的革新。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢(qián)毅杰，白昊天，劉宇恒.3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)①[J].科技資訊，2017，15（3）.