工艺参数对桌面级3D打印机精度影响的研究

黄静薇， 张香月， 汪泓寰， 肖 旭， 田 萌

（成都理工大学核技术与自动化工程学院， 四川 成都 610059）

引言

伴随着全球制造业的不断进步，3D打印从20个世纪80年代的崭露头角到现在的大显身手，这一切与它操作简单、成型速度快，支撑容易去除、无环境污染破坏等特点息息相关，符合我们所倡导的绿色制造概念。因此各个国家都希望能掌握其核心技术——打印成品的精度。

1 填充方式

3D打印是通过熔融丝材层层叠加的，因此具有许多的填充方式，如linear（线性）、Hilbert（希尔伯特曲线）、Hexagonal（六边形）等方式。不一样的填充方式都会引起打印件的表面粗糙度、材料耗费量等发生变化。

填充方式指的是：喷头在打印件内部打开网格的形式。

表1 填充方式为变量时材料耗费量变化

2 热床温度

当热床温度低于30℃时，打印产品容易出现翘边甚至打印失败现象。当热床温度高于50℃时，则会使喷头所喷出的熔融态材料不能及时冷却，即当一层未凝固时下一层就已经覆盖在此层之上，从而使得模型出现变形的现象。

表2 热床温度为变量时打印产品状况

图1 热床温度过低时的模型打印状况

图2 热床温度过高时的模型打印况

3 回缩距离

回缩距离指调整长丝在行进之前被拉回到挤出机中的数量。增加回缩距离可能会对挤出机的使用寿命产生负面影响。如果模型显示出拉丝的迹象，增加拉伸距离可能会有所帮助。也可能是由于灯丝暴露在潮湿或潮湿的环境中造成的。当回缩距离越小，表面粗糙度变得越大，拉丝和翘边情况随之严重，故而材料的打印精度越低；反之当回缩距离变大时，而打印机的最大回缩距离为1.6 mm，表面粗糙度变得越小，拉丝和翘边情况随之减轻了，材料的打印精度变高。

表3 回缩距离为变量时打印产品状况

4 填充密度

在3D打印中的填充密度指的是模型打印时内部材料填充的比例。如100%填充就是完全实心填充，0%即空心填充。填充指的是在所打印产品的外形结构里面填充，所以0%并不代表不填充，而是结构内部为空心。因此，填充密度越小，打印件的强度越低，花费的打印时间很少，填充密度越大，模件的强度虽然增加了，但所用时间增加了。所以，当选择填充密度时，需要根据实际情况来选择。经过了一系列实验，在这里推荐填充密度最好选择20%～40%。

表4 填充密度为变量时产品所需打印时间的变化

5 结论

本文对影响MakerBot Replicator Z18 3D打印机打印成品的几个工艺因素逐一做了对比实验，通过这些实验数据的分析统计，给出了一些因素的最佳数值或范围。当然，不可能每个因素都有最佳数值，这是因为每个人对打印的产品使用要求不同，其中一些因素选取要根据实际需求来定。结论如下。

1）本实验所使用的仪器设备是MakerBot Repl icator Z18 3D打印机,所以使用的材料是PLA，对于不同颜色的材料，经实验得知绿色的综合性能相较于其他颜色来讲要优秀一些。

2）填充方式有许多种，其中按照打印产品的综合性能来讲，线性打印所得成品最好。

3）当热床温度高于50℃或低于30℃时会出现打印失败的情况，所以打印最佳热床温度为30℃～50℃为最佳。

4）回缩距离越小，其打印产品的粗糙度很大，拉丝以及翘边情况会更严重，由实验数据可知，回缩距离越大打印效果越好，因该仪器的最大回缩距离为1.6 mm，所以最佳回缩距离为1.6 mm。

5）填充密度的取值范围在20%～40%之间可获得理想的模件，因为在此范围内打印时，花费的时间少，拉丝情况不严重，翘边情况也还可观，最重要的是模件强度对于一般零件的使用来说适中。