劉揚(yáng)開 陳裕君

一、引言

3D打印技術(shù)是集機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、CAD、逆向工程技術(shù)、分層實(shí)體制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)及新材料等多位一體的先進(jìn)制造技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用前景廣泛，被視為推動(dòng)人類第三次工業(yè)革命的新技術(shù)。所謂的3D打印是將零件的三維CAD模型經(jīng)過分層處理，利用打印機(jī)進(jìn)行逐層打印堆疊，最終得到實(shí)體模型的過程。根據(jù)逐層打印的原理，3D打印技術(shù)也可分為多種成型工藝，常見的有：光固化成型（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、熔融沉積制造（FDM）、三維印刷成型（3DP）等。

其中，熔融沉積制造（FDM）工藝應(yīng)用最為廣泛，其工作原理是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化后通過微細(xì)噴頭擠出，按切片模型逐層沉積黏結(jié)。FDM型的設(shè)備制造成本低、易操作，雖打印精度稍差，但所使用耗材便宜、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，總體性價(jià)比高，因此受到了廣大用戶的青睞。

FDM型工藝的技術(shù)越來越成熟，無論從設(shè)備制造精度還是控制軟件上都有很大的進(jìn)步，盡管如此，對(duì)使用者來說，使用過程中依然會(huì)遇到很多問題。本文就FDM型3D打印機(jī)常用材料在使用過程中常遇到的問題提出相應(yīng)的解決方法，為使用者提供一定的借鑒。

二、常用材料簡(jiǎn)介

FDM型工藝所使用的材料基本為熱塑性塑料，選用時(shí)除滿足基本的性能要求外，還應(yīng)具備一定的機(jī)械性能及收縮率以滿足工藝要求。材料可分為支撐材料和成型材料，ABS和PLA就是常見的成型材料，在FDM型工藝上使用最多。

1.ABS材料

ABS塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的聚合物，具有良好的物理和機(jī)械性能，極好的尺寸穩(wěn)定性。ABS打印時(shí)開始軟化溫度為105℃，噴頭打印溫度為210～240℃，加熱板溫度為80℃以上。

2.PLA材料

PLA是一種新型的生物降解材料，不污染環(huán)境。其具有較低的收縮率，打印大尺寸模型時(shí)穩(wěn)定性較好。PLA材料的熔化溫度為145～160℃，噴頭打印溫度為180～200℃，加熱板溫度為60～70℃。

三、常見的問題及其解決方案

FDM型3D打印機(jī)在使用中，通常會(huì)遇到很多問題：有部分為機(jī)器引起的，可適當(dāng)對(duì)機(jī)器進(jìn)行整修解決；有部分為材料性質(zhì)所帶來的，通常是不可避免的，但可通過分析，采用一些簡(jiǎn)單的方法降低影響。

1.材料選用原則

ABS和PLA兩種材料的穩(wěn)定性都很好，能適用于各類模型的打印。通常情況下，大多采用PLA材料，因PLA材料為可再生可降解材料，無污染且性價(jià)比高，PLA材料更容易打印，出現(xiàn)底部局部翹起、層間裂痕、底層與平臺(tái)脫離等現(xiàn)象的可能性更小，打印的成品率更高。

但若模型使用場(chǎng)合有要求的話，如高溫環(huán)境、受力擠壓等有實(shí)際用途而不單是模型的情況下，一定要選用ABS材料，因其機(jī)械性能如耐低溫性、抗沖擊性等都比PLA好，并且ABS能侵入少量丙酮，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使模型表面變得更加光滑，滲入的丙酮也可作為粘結(jié)劑能使層與層之間更加牢靠。

無論是ABS或PLA材料打印的模型，都可用3D打印表面處理液進(jìn)行表面處理，提高模型表面光潔度，且能提高模型的硬度，是一種非常不錯(cuò)的模型后處理方法。

2.材料收縮問題

ABS和PLA材料都有一定的收縮性，但都要求收縮率越小越好，太大的話容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致模型變形如局部翹起、層間裂痕等。

ABS材料遇冷收縮率更大，打印時(shí)，一定要使用加熱板，且溫度可適當(dāng)調(diào)高，在密閉空間進(jìn)行打印，保持一定的溫度可減少局部翹起和層間裂痕的現(xiàn)象，特別是在打印大模型和長時(shí)間打印的情況下，更應(yīng)該采取措施進(jìn)行保溫。此外，使用ABS材料打印時(shí)，模型底層很容易與打印平臺(tái)發(fā)生脫離現(xiàn)象，這都是ABS材料遇冷收縮的性質(zhì)引起的。

而PLA材料的收縮率小一點(diǎn)，對(duì)打印環(huán)境要求則沒那么嚴(yán)苛，常溫開放的環(huán)境下依然可以進(jìn)行，但一般還是會(huì)使用加熱板，確保底層與平臺(tái)不會(huì)發(fā)生脫離的現(xiàn)象。

3.材料斷絲、堵塞噴頭問題

材料在使用過程中發(fā)生斷絲、堵塞噴頭的現(xiàn)象都與材料的性質(zhì)有關(guān)。ABS和PLA材料都為絲狀、卷成卷的形態(tài)供打印機(jī)使用，抽絲過程中容易發(fā)生斷裂，與其彎曲強(qiáng)度有直接關(guān)系。ABS材料彎曲強(qiáng)度稍高點(diǎn)，一般不易斷絲，但PLA材料則不同，稍有撞擊或彎折就會(huì)斷裂，彎曲強(qiáng)度較低。為避免斷絲現(xiàn)象，絲材抽出部分最好用合適的塑料軟管套住，或外加抽絲裝置，確保抽絲順暢。長時(shí)間不使用時(shí)注意好材料的防潮，密封保存，避免撞擊。

ABS和PLA材料在熔化狀態(tài)下都能很順暢的從噴頭中擠出，流動(dòng)性都比較好，但都具有一定的附著和延展性，噴頭長時(shí)間加熱使用時(shí)，材料容易在噴頭（特別是全金屬制噴頭）附近粘結(jié)，造成堵塞現(xiàn)象。此種情況在使用PLA材料時(shí)更容易出現(xiàn)，PLA材料熔化溫度低，從固態(tài)直接熔化成液態(tài)進(jìn)行打印，延展性好，更容易附著在噴頭上，可適當(dāng)降低噴頭溫度或在噴頭處涂抹潤滑油都可有效抑制噴頭堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

4.其他問題

ABS材料和PLA材料在熔化狀態(tài)下都會(huì)散發(fā)出味道。特別是ABS材料會(huì)有一股強(qiáng)烈的刺鼻味，聞起來特別不舒服，而PLA材料散發(fā)著一股香甜的味道。但無論是哪種氣味，長時(shí)間吸入都會(huì)令人感到不適，打印產(chǎn)生氣味是不可避免的，因此一定要保持室內(nèi)良好的通風(fēng)條件。

拉絲是指打印過程中，噴頭在不需要擠出材料的情況下依然有材料流出，造成模型上附著了許多蛛絲狀的細(xì)絲。雖然打印機(jī)都設(shè)置了回抽功能，但熔化的材料流動(dòng)性好，想瞬間控制材料停止擠出還是比較困難的，想要減輕拉絲現(xiàn)象，可適當(dāng)降低噴頭的打印溫度。

四、結(jié)束語

ABS和PLA是FDM型桌面打印機(jī)常用的耗材，材料的性能有些許差別，使用過程中由此引起的打印問題也是比較常見的。了解材料的特性，選用合適的材料、采取相應(yīng)的措施能有效地提高模型打印的成品率。打印模型常出現(xiàn)的局部翹起、層間裂痕、斷絲、堵塞噴頭、氣味、拉絲等問題，文章針對(duì)ABS和PLA材料都做出了相應(yīng)的問題分析，提供了簡(jiǎn)單的解決方案，對(duì)使用者有一定的借鑒意義。

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