FDM工藝3D印表機（桌面3D印表機）的誤差從何而來？

來自專欄 3D列印知識堂

隨著3D列印技術的漸漸普及，得以讓越來越多的普通用戶，可以接觸到3D列印技術，了解3D列印的魅力所在。然而，前景雖好，卻不得不叫人在意其列印精度的問題。那麼，都有哪些因素會影響到3D印表機的列印精度呢？本期，我們就以熔融沉積成型技術（FDM）為例，與各位探討一下影響3D列印成品精度的幾個因素，希望能對各位3D列印愛好者有所幫助。

開篇所說的這個熔融沉積成型技術（FDM），是目前桌面3D印表機採用的主流技術，其工作原理是將絲狀的熱塑料材料通過噴頭加熱熔化並擠出成型，以ABSPLA等聚合物以及石蠟為主要材料。其實，在3D列印過程中，影響成品精度的因素有很多，例如印表機的自身精度、列印溫度、列印速度、材料等等，我們逐一來看。

印表機自身精度

其實，這一點在購入3D印表機之初就已經決定了，因此在購買印表機前一定看清挑選好。接著來說，3D印表機自身的製造和裝配精度以及工作過程中的振動都會影響其列印精度。與普通印表機只能實現X、Y兩個方向移動不同，3D印表機除了X、Y以外還增加了Z軸的縱向移動，任何一絲的移動都是部件之間的相互摩擦受力，始終會存有細微的偏差。例如XY平面誤差，印表機框架結構及所用材料的剛度，會對其穩定性有著很大影響。對於那些專業用戶而言，選擇更重的列印負荷與更多的金屬材料，將有助於印表機的穩定性與耐久度。

此外，噴嘴的直徑也決定了擠出絲材的寬度，從而影響成品的精細程度。要知道，3D列印是通過逐層列印的方式來構造物體的，因此層厚的設置同樣會影響成品的粗糙程度：選用大直徑噴嘴，層厚設置較厚，雖然列印速度比較快，但成品會比較粗糙；反之，則列印速度慢，但成品更加精細。

列印溫度

這裡我們要說的列印溫度，實際上包含了噴頭溫度與成型室溫度。其中，噴頭溫度決定了材料的粘結性能、堆積性能、絲材流量以及擠出絲寬度。因此，噴頭溫度既不能過低也不能太高。過低，使材料粘度加大，擠絲速度變慢；太高則使材料偏向於液態，粘性係數變小流動性增強，擠出過快，無法形成可精確控制的絲。因此，設置噴頭溫度時應根據所選線材的性質在一定範圍內選擇，以保證擠出的絲呈熔融流動狀態。

成型室溫度則會影響成形件的熱應力大小，溫度高雖有助於減少熱應力，但零件表面易起皺；溫度過低，從噴嘴擠出的絲材驟冷將使成形件熱應力增加，易引起零件翹曲變形。為了順利成形，列印ABS時，一般成形室溫度保持在55 ℃為佳，而PLA則需盡量保持通風散熱，不宜保溫。

分層厚度與補償量

所謂分層厚度，指的是切片時的層厚（或層高），每層都具有一定厚度，會在成形後的產品表面產生肉眼可見的台階紋，層厚越高文理越明顯，將影響成形後實體的尺寸誤差以及表面的粗糙程度。對FDM技術而言，這屬於原理性誤差無法完全消除台階紋，但可以通過設置較小的分層厚度進行改善。

而補償量指的是成件實際加工輪廓線之間的距離值，那些對精度要求高的模型來說，一般建模就要盡量給出補償尤其是內孔，補償量數值的設定與擠出絲的直徑、3D印表機性能等方面有關，要自己慢慢摸索。

擠出速度與填充速度

在填充速度合理匹配的情況下，擠出速度越大，擠出絲的截面寬度越大；當擠出速度增至一定值時，擠出的絲可能會粘附於噴嘴外圓錐面，剮蹭到模型外表面而影響美觀。當填充速度比擠出速度快時，材料則會因填充不足而出現斷絲的現象，難以成形；反之，填充速度比擠出速度慢，熔絲易堆積在噴頭上而使成形面材料分布不均勻，表面出現疙瘩，影響列印質量。因此，填充速度與擠出速度之間應在一個合理的範圍內。

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