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解读FDM的3D打印机使用精髓

字号+ 作者:路上人 来源:未知 2016-09-06 13:49 我要评论( )

导读:FDM(熔融沉积)的3D打印工作原理,就是材料在喷头内被加热熔化让其成为半固体状态,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,这时所谓的打印实际是喷涂加挤压的双重作用:

导读:FDM(熔融沉积)的3D打印工作原理,就是材料在喷头内被加热熔化让其成为半固体状态,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,这时所谓的打印实际是喷涂加挤压的双重作用:以点延伸的走成线、线涂抹成二纬的面、二纬的面铺盖成三纬的立体物,材料迅速凝固后并与周围的材料凝结,一次一层这样的方式工作构建物体。每一后继层都打印在前一层的顶上,最终生成需要的3D形状。下面3D海豚特约供稿人带大家总结关于FDM的3D打印使用精髓的种种问题的解读与解决方法。
持续更新中.............

相信对于FDM类型的3D打印机用户经常会遇到打印过程中的模型有很多的故障和问题比如说:
①认知切片参数
②第一层的问题模型粘不到打印平台
③平台助粘方法
④底部收缩
⑤边缘翘边
3D打印机温度不稳定
3D打印喷嘴不出丝
⑧打印过程中出现丢步现象
3D打印模型.倾斜的打印件/层错位
步进电机抖动,不正常工作
⑩底部沉溢

⑪好的打印件是每一层都充分的跟下面的层结合在了一起。一旦结合不好,最终的打印件便会开裂或分离
⑫还有经常打印出很多多余的东西,或者是丝状物或者是颗粒状物有粗有细、这就是我们经常说的拉丝积削瘤了。有时候积削瘤或者是拉丝后模型边缘或者模型内部堆的喷头还高冷却后下次喷头再经过这时就会撞到,
如果作用力太大可能就会让电机丢步然后错层。
⑬堵头

⑭FDM3D打印机的可优化方案

⑮打印中断时如何恢复打印?
⑯打印中断怎么回事?

 

>>>>>>>>那么下面我就从以上的问题一一讲起<<<<<<<<<<<<
 ————————重要切片参数的重新认识与理解—————————

挤出设置:

    如果挤出设置不合理,打印机会挤出比软件预设更多的材料。这种过度挤出会产生多余材料堆积,破坏模型的外形尺寸。在线材直径吻合切片软件上参数的条件下,却还出现挤出问题(建议大家买来的耗材先用千分尺或是卡尺测量过以后再写入切片软件中),你需要调整挤出率,所有FDM的切片软中都或多或少有专门针对挤出很有用的设置,可以使你轻松修改流量相关的问题。可反复验证挤出轮直径来计算出当前挤出参数,看看有和固件上设定的是偏小了还是偏大了,在线材上标记了个长度100mm的长度点再把Z轴移到底然后点悬空打印, 看看和实际挤出偏差了多少.  再把E值改成正确的长度就可以了。
    在3D打印时,为了将模型各部位打印准确,需要打印头能够稳定地挤出。如果在模型的不同部位挤出量不均匀,会影响模型最终的成型效果。


仔细地观察3d打印机工作,可以发现打印机是否有挤出不稳定的问题。下面我们总结了造成挤出不稳定的几点原因,及与之对应的解决方案:
①料轴问题

需要检查的第一件事,就是打印机使用的料轴。要确保这个料轴能够顺畅地转动。如果线材缠绕住,或者料轴转动的阻力太大,都会影响材料的挤出,造成挤出不稳定。
② 喷头中有异物

下一个需要做的事情就是检查喷嘴。很可能,在喷嘴里面有一些小的碎片或异物,堵住了喷嘴正常的挤出。
如果你注意到这个问题,你可能需要去清洗一下喷嘴。
③不合理的挤出宽度

另外一个要去检查的打印机的设置。
不同的喷头有不同的挤出直径,要确保选择到合适的喷头。如果挤出宽度比喷嘴直径小太多,可能会导致挤出问题。一般来说,挤出宽度应该在喷嘴直径的100%到150%之间。如果挤出宽度远远低于喷嘴直径,喷嘴就不能够挤出一个稳定的量。
④质量糟糕的线材

造成挤出不稳定的最普遍的原因之一,就是我们之前没有提到的,耗材质量的问题。低劣质量的耗材可能包含多余的成分,影响到塑料的稳定性。许多塑料可能会有一个倾向,就是会随着时间而慢慢褪色。比如说,PLA倾向于从空气中吸收水分,这会导致打印质量的下降。这就是为什么很多料轴在包装里面附带一个干燥剂,以去除湿度。
    打印机上的每一个挤出机都有单独的基础率,所以如果你要修改某个挤出机的流量,一定要在菜单中选择那个挤出机的选项进行设置。如果基挤出率开始是1.0(S3D选项)或是100%而你改成了1.05或者是105%,意味着将比之前多挤出5%的材料。PLA典型的挤出率设置大约是0.9或者是90%,ABS约1.0或者是100%。试试把你的基础率增加5%,然后重新测试打印,再看下你打出来的模型是否还有问题。如果你用的黄铜喷嘴还连继工作了二个多星期就要检查下喷嘴有没有被扩孔成更大的孔径(建议用不锈钢喷嘴硬度更大,磨损更小,比起黄铜更不容易给耗材产生内部碳化,而且不锈钢沾上碳化后的耗材清理起来会容易)

回抽设置:


回抽设置中最重要的是回抽距离,这决定着喷头出丝多长。一般来说,材料回抽越多,喷头移动时就渗出的越少。多数近程挤出机只需回抽0.5-2.0mm,一些远程挤出机由于挤出机和热嘴之间距离很长,以及送丝管道与耗材的间隙大小问题可能需要回抽4~15mm以上甚至更多具体看你的远程有多远输送耗材管道的间隙有多大。如果你遇到模型拉丝的情况,可以试着每次把回抽距离增加1mm来做测试,看性能是否有所提高。
回抽速度:

接下来你需要检查的回抽设置就是回抽速度。这个决定了材料从喷头回缩得多快。如果回抽太慢,材料可能会在喷头移到新位置之前渗漏,但是回抽过快由于扭矩的问题长期的急减速和急加速步进电机有可能会出现丢步的情况,而且回抽过多喷头底部已热熔的料和已回抽的料处于断开状态,那么底部的料会失去牵引力,从而受到重力和喷头快速移动惯性力的影响而流出。并且送丝齿轮会啃掉受到回抽力度最大的料从而可能在送丝器那里就提前断掉。(不过啃料的还有种可能性就是耗材受到到一些原因被卡在了挤出机那里回抽不动导致的啃料)通常最佳设置是1200-1600mm/min(20-100mm/s)。不过好在有些切片软件已经提供了很多预设的配置文件,给了你很好的出发点,但理想值还是根据你使用的材料而有所不同,所以你需要自己进行试验,看速度不同是否会减少拉丝量。
层高设置:
还有层高设置不能太高,大部分的3D打印机的喷嘴孔径在0.3-0.5mm之间。塑料挤压经过这小开口生成非常薄的挤出用来构建极其细致的打印件。然而,这些细小的喷嘴也局限了可以使用的层高。在一层上面打印另一层的时候,你需要确保新层时挤压到下面这一层上的,这样两层才会结合在一起。通常的经验法则是,层高必须比喷嘴直径小20%。例如,0.4mm的喷嘴,最多可以打印0.32mm的层高,否则就无法确保每层塑料都与其下层适当的结合。如果你发现打印出现分离和层间结合不牢固。
封顶层数:

 

再来要设置的就是顶部固体层数了:100%中空的顶层,那么会由于中空而造成顶部平面下垂下陷,因此要在顶部打印多层以确保有个很好的顶层平面,以经验规则来说顶层至少要0.5mm厚,所以,若是你层高0.25mm,那么你至少有两层固顶,如果你层厚较低只有0.1mm的话,可能你的顶部就需要5层来达到同样的效果。如果你注意到顶部表面有间隙,那么首先要做的就是增加顶部层数设置。挤出机在移动时会产生拉丝现象,而且在移动时喷头开始渗料,移动距离的长度对渗料多少有很大的影响。短距离移动会很快,材料没时间从喷头渗出来,而长距离的移动更容易出现拉丝。调整移动路线,确保喷头移动的距离都很短,找到路径避免拉丝现象的发生(建议还是多使用S3D切片,相比较而言路线的算法会更好些)。
热床温度:
关于非封闭式的打印机热量的消散是很不稳定的常常受到环境的变量,热床温度我的建议是要根据环境温度来调,因为如果你有一台热成像仪的话你观察热床上的打印件你会发现热床的热度只能传递到一定高度,而且温度的递进阶段非常不明显,层与层之间的温差蛮大的,但具体能传递多高这要取决于前的环境温度、平台温度和耗材的熔点温度。所以如果你设置的热床温度和环境温度相差太大的话,有时会更容易翘边哦。



———————————————常见问题与故障的自助检修方法———————————

第一层的问题模型粘不到打印平台:



第一层材料粘附不理想底面就会出现不需要的线条或者第一层无法粘附,看看是不是喷嘴离工作台距离太远,因此有些结构出现了松散。底部出现了不需要的材料线,这是打印床没有调平的典型例,调整工作台和喷嘴距离使其距离刚好可以通过两张A4纸的厚度。但如果喷嘴靠得太近,就会结块(积削瘤)。此外,打印床要尽可能干净。打印平台的指纹印可能会影响第一层的粘附。处理方法可使用打印机软件,重新调平打印平台。清理打印平台上的指纹印。
还有种可能是工作台温度太高或者太低:ABS打印工作台温度应该在110℃左右,PLA打印工作台温度应该稳定在70℃左右(特殊方案除外)。也有可能是耗材本身的问题,换家耗材试试各耗材厂家所生产的打印耗材参差不齐,所以可以尝试更换一下打印材料试试。
平台助粘方案:
如果你的打印机平台没有帮助耗材粘合的特殊成份,咱也有办法~,好在有几种胶纸都是能粘住一般耗材的,可以用美纹纸有胶的那面向下贴在平台上当覆着面(在粘贴美纹纸后,打印PLA模型有时会出现模型不好拿掉问题,可以再打印模型完毕后加热打印平台到60度以上会好拿一些)。PLA跟蓝色美纹纸能很好粘合,ABS耗材就跟聚酰亚胺胶纸、高温膜、电工胶布比较贴。
还有许多用户想出了在不开热床的情况下在平台上涂抹上不干性胶水如PVP胶棒;或是加热热床到最高温度然后用热熔胶棒在热床上摩擦什么的也获得了不错的效果。那么小编我在没换一体化平台之前喜欢用高硼硅玻璃+涂PVP胶棒的方案,因为这样打印时可以完全不用开热床,可每次取完件后上面都残留了很多不干胶,那么我就用海棉吸饱水去擦玻璃,再把热床开到最大一会就干了,而且玻璃表面光洁如新,涂一次PVP胶可以用好几次。(注意:这个方案一定要等平台降到和室温一样的温度才开始打印不然会翘边哦)如果你觉得还是不合你意,发胶等粘合剂都是不错的选择。总之要大胆尝试去找到最适合你的那一款吧。

>>>>>>>>>>>>>>>(如果您没上面的平台助粘方案的条件那么就请看这里)<<<<<<<<<<<<<<<<

底部收缩:
遇到模型底部零部件凹陷的原因可能是因为加热床温度过高,加热挤出后的塑料像橡胶一样,先展开然后冷却收缩。打印床的热度只能传递到一定高度(取决于温度)。此高度以下的塑料保温和可延展时长超过了上方的塑料材料。因此,受上层重量的挤压,底部凹陷。那么就可以通过降低热床温度。有些打印机的打印床默认温度是75度,然而PLA材料的最佳温度是50-60度。此外打印头内的低处冷却风扇全速转动。打印小型模型时,建议一次打印两份或者同时打印两件不同的模型。如此一来,打印头在每一层停留的时间就会延长。打印底座大的模型时,不要降低打印床温度——否则,容易翘边(特殊方案除外)。
边缘翘边:

模型底部一个或多个角翘起,就无法水平附着于打印平台还会导致顶部结构出现横向裂痕,翘边是常见问题往往发生于第一层塑料因过快的冷却而导致的收缩时模型边缘因此而卷起。可加热热床使塑料保持温度不至于固化称为“玻璃化转变温度”。第一层材料可平坦地附着于热床上。(关于热床温度我的建议是要根据室温来调)在热床上均匀地涂上薄薄一层胶水,增加第一层材料的附着力确保打印床完美水平。还可能需要增加垫子结构又叫裙边和筏子,用来增加打印件与平台的粘合面积从而增加了粘合力。但即使打印机有加热床,还是建议用胶水来辅助并且调平热床。

3D打印机温度不稳定:
  打印机工作过程中温度不稳定,当它掉到最低下限温度以下时,挤出机就会停止转动,可将打印机打印进行时的温度与打印第一层时的温度设定为一样的让其保持统一。还有就是把整体温度调高,让挤出机头部温度不至于掉到最低下限温度以下,这样就可以有效避免强制停止现象发生。再有就是降低原来设定的最低下限温度,避免温度不至于掉到最低下限温度以下。但是还有种一劳永逸方法:那就是把机器改装成全封闭式的并且搞成可以恒温的。那样的话就能解决关于非封闭式的打印机热量的消散是很不稳定的常常受到环境变量的问题,而且这样一改还可以挑战高难度耗材比如说尼龙、POM这种热消极快的高强度耗材什么的。但又有一个问题那就是目前大多数桌面级的FDM因为要降低成本所以打印机的很多配件都是PLA打印件,PLA的打印件一但超过60度就会开始软化降解
3D打印喷嘴不出丝:

    这时候首先看看3D打印机工作台是否离喷嘴较近。如果工作台离喷嘴较近则工作台挤压喷嘴不能出丝。调整喷嘴工作台之间距离,距离为刚好放下两张A4张纸的厚度为合适。或是用手摸下打印机喷头组散热件看下烫不烫手,如果烫手说明散热件没发挥出它的件性能,导致耗材提前在喷头组散热器里面就受热变形了所以就堵了,那么就可以在连接喷嘴的喉管中间串几个易拉罐皮来加强散热。再就是看看打印温度是否合适。大部分ABS打印喷嘴温度在210℃-230℃之间,PLA打印喷嘴温度在195℃-220℃之间(但尽量以厂家印在包装上的熔点参数为准)。还有可能就是打印机喷嘴堵头。将喷嘴温度加热到最高温度,将Z轴远离喷头然后用手稍微用力向前推动耗材看喷嘴是否出丝如果出丝,则喷嘴没有堵头。如果不出丝,用绣花针一样的东西尝试着疏通一下打印头的孔要还是不出的话则须要拆下喷嘴清理喷嘴内积削或者更换喷嘴(注意拆的时候千万别把喉管里面的那个铁氟龙塑料管搞掉了,因为那个是用来给耗材隔温和送丝顺滑的,如果没了那个打印时铁定会堵的)。如果排除了以上问题都还是不行那就检查下打印机送丝电机,加温喷头到合适温度随便打印个模型看看进丝齿轮转动是否正常,电机是否微微震动并发出工作响声,若有则说明是电机线接错,那么就需要调节中间两根线。如果还是还行那么就检查下送丝器及其主板的接线是否完整,错误和不完整要及时维修。

打印过程中出现丢步现象3D打印模型.倾斜的打印件/层错位:

①在打印过程中由于打印速度设置过快,造成步进电机丢步现象的发生,如果出现这种状况,可以适当减低X、Y轴电机速度。电流过大导致的电机温度过高也容易造成丢步,此外,还有皮带过松或者过紧也能导致丢步,电流过小也会出现电机丢步现象。如果是因为电流过大或者电流过小可以改变电流大小进行修改。
②上层移位可能原因:X或Y轴的打印头不易移动,X或Y轴没有对齐也就是说没有构成100%的直角。为了检查各轴是否对齐:向打印机左侧和右侧移动打印头,检查滑块间距、两边的滑轮。重复此步骤,检查打印机前后。如果存在未对齐的情况,松开有问题的滑轮螺丝和皮带。略微推动滑块,对齐轴,然后紧固螺丝拉紧皮带。另一轴重复上述步骤,检查滑轮的螺丝是否紧固需要的就进行加固。
③有滑轮没有固定到位那么试着关掉打印机电源,徒手试试是否能轻松移动各轴看看轴承有没有坏如果感觉僵硬,或者某个方向更易/较难移动看看有没有因为靠的太近面产生摩擦,如果没有那么在轴上抹一些缝纫机油和油脂的混合油。
④切片模型错误。现在用的最常见的切片软件是CuraRepetier这两种开源的软件,所以说软件的稳定性专业性还不能保证,但是最常出这问题的是Repetier这软件因为它对模型的破面和水密要求更高,但是还是建议大家切片之前先用模型修复软件检查下,看须不须要修复下。还有就是每个设计模型出来不一定就是完美符合的模型,所以打印错位首先模型图不换,把模型图重新切片,模型移动个位置也好,让软件重新切片生成G代码再打印试试。
⑤模型图纸问题。出现错位换切片后模型还是一直错位,换以前打印成功的模型实验,如果可以打印没问题,那么重新检查修改下模型的图纸。
⑥打印中途喷嘴被强行阻止路径。首先打印过程中不能用手触碰正在移动的喷嘴。其次如果模型打印最上层有积削瘤,则下次打印将会重复增大积削,一定程度坚硬的积削瘤会阻挡喷嘴正常移动,使电机丢步导致错位。
⑦电压不稳定。打印错位时观察是否为大功率电器比如空调啊下班了一部分电器的电闸一起关闭时打印错位了。如果有打印电源加上稳压设备。如果没有观察打印错位是否每次喷嘴走到同一点出现行程受阻,喷嘴卡位后出现错位,一般是X、Y、Z轴电压不均调整主板上X、Y、Z轴电流使其通过三轴电流基本均匀。
⑧主板问题上述问题都解决不了错位,而且出现最多的是打印任何模型都同一高度错位,那就联系厂看能不能换块主板或是有别的解决方案。
步进电机抖动,不正常工作:
   电机抖动可能是相序接错可通过调整线序即可,调整方法为将相应接电机线端口处紧靠边的两根调换一下接口。但如果打印中出现了咔咔的异响声应该是挤出头堵了,原因大概有以下几种:
1.驱动烧了,电机烧了,驱动和电机一起烧了。   
2.轴承坏了
3.所选耗材比较劣质:粗细不均匀、干湿不均匀、气泡和杂志较多,不能完全融化挤出。
4.打印头温度过高或者使用时间过长,材料会碳化成黑色小颗粒堵在打印头里面。
5.打印机喷头组散热性能不好,导致提前在喷头散热器里面受热变形了所以就堵了。
6.换料时动作太慢导致内部有料断有里面或者残料没有清理干净就会留在送料轴承或者导管附近。
7.送料齿轮磨损太多或者残料不足,导致扭力不足。
8.模型切片问题,切片软件生成的G代码不是匀速的有些段速度会较快,就可能导致咔咔声。
解决办法:先调平换别的材料打印试试看。或是用绣花针一样的东西尝试着疏通一下打印头然后再清理一下送料齿轮。有须要的话如果你使用的是DIY或者二手机器,建议你拆开,顺便了解一下结构原理。如果上述问题还是无法解决,只能更换打印头了。
底部沉溢
   模型底部(即,第一层)比设计的尺寸宽。为了避免翘边有些用户会用力按压打印件,在热床温度下第一层材料被热熔与压力的作用下使其溢出这容易使底部突出因此成为“大象腿”。也可能随着模型重量的增加而对第一层材料形成挤压,如果此时底层还未固化尤其是热床还有在加热的情况下,就可能形成此问题。要想同时避免翘边和大象腿有点难,为了尽可能减少模型底部的突起,建议调平打印床打印喷头略微远离打印床(但不要太远,否则模型就无法粘附了)。此外略微降低打印床温度,如果是自己设计的3D模型在模型的底部挖个小倒角,从5毫米和45度的倒角开始试验直至最理想的效果。

堵头:
一、常见情况
1.断丝堵头,由于耗材断裂引起,断裂处耗材形成错位。解决方法:用镊子将耗材拉出后更换
2.挤丝轮太紧或太松。挤丝轮太紧,就会导致耗材被磨损,导致出丝不利,另外有些耗材比较软,如果这种耗材正好其中一段经历的回抽次数过多,容易发生断裂;太松会使耗材缺少前进动力而不能正常出丝。解决方法:调整挤出机弹簧
3.材料比较劣质杂质比较多 。解决方法:加热到230-240度,手动挤出耗材清洗喷嘴;用0.35细钻疏通;换更优质耗材
4.喷嘴温度不够,材料未完全融化 温度过高造成材料碳化堵头  解决方法:用温度塔测试最佳温度后调整,材料碳化堵头可用细针疏通

二、接下来是比较少见的几种情况
1.步进电机电流过小,导致挤出机扭矩过小
2.电流过大导致电机和驱动模块过热 (很少发生)一般厂家出厂前都会调试好,但是可能在运输途中或者使用过程中的震动会导致驱动模块电位器变化。解决方法:调驱动模块电位器至厂商设定电压范围,加散热片风扇
3.温度传感器失效,实际没有达到设定温度失效的
4.导线接触不良,这个自行检查  用万用表测一下(比较常见)
5.螺丝固定太紧导致热电偶上的耐热管破裂,金属丝贴在加热头铝块上发生短路,解决方法:更换热电偶,拧松固定螺丝或者采用耐高温胶带将热电偶绑在加热头上
6.热电偶探头失效(很少发生)解决方法:更换传感器
7.快速接头送料管脱出(远程挤出机堵头时会发生,堵头时挤出机电机继续工作,严重时耗材将送料管顶出)解决方法:解决堵头问题后将送料管减去一段后再插入
8.快速接头钢片碎裂。解决方法:跟换快速接头。

三、最后是几款最奇葩的情况
1.挤出机处喉管过长卡到挤出机齿轮
是的你没有看错,喉管过长卡到挤出机齿轮!尤其是远程挤出机回抽时快速接头发生回差时容易发生 ,近程挤出机一般不会发生
解决方法:缩短喉管。
2.铁氟龙管破裂   
可能是我买的铁氟龙管比较劣质,竟然破裂了,导致耗材侧漏,长时间后耗材碳化(遇到过两次,周围朋友身上没发生过)
解决方法:跟换铁氟龙管。
3.peek和喉管连接处铁氟龙管过短,没有精密贴合导致耗材侧漏,碳化堵头(极少发生)
解决方法:加长铁氟龙管。
4.喉管中的细铁氟龙管在回抽时被拉倒peek中粗的铁氟龙管中(发生于DIY机)。

四、不确定情况
使用cura会偶尔发生挤出头不运动时吐丝正常,运动时堵头的现象可能原因:将1mm挤出量电机步数设置成了非0或者非厂家设定值时发生。解决方法:将1mm挤出量电机步数改为0或者厂家设定值。


打印中断时如何恢复打印?
   第一步,加热喷头到打印温度,到达遄度后Z柚+10mn,把工作台降下,让喷嘴脱离模型,再回到XYZ原点(这点很重要〉;
   第二步,找到已打印模型的高度,在控制软件中手动输入代码gl z<测量的尺寸〉,使Z轴移动到模型高度的位置(为了保险起见可以关闭电源)。
   第三步,找到模型gcode,査查找刚才正确的Z轴测量尺寸(Z〈正确的测量尺寸>),把代码之前的都删除,另存为xxx.gcode;
   第四步,加热喷嘴到打印遄度,打印软件打开xxx.gcode,点击打印。
注:确保模型在工作台的位置不变,测量打印尺寸的时候卡准了,继续打印的时候才能连接的更自然。

打印中断怎么回事?
   首先,排除断电的情况,如果是断电引起的,确保打印时不会再断电。
   第二,USB线打印时,先排除电脑或是软件故障:如死机,卡机,休眼等。确保打印过程中电脑正常。
   第三,USB线打印时,电脑没有故障,USB线是否芾可消除电磁干扰的磁珠(包层锡纸也可以消除一部分)。
   第四,建议SD卡打印。


               ———————————————————下面分享一些给打印机的优化方案——————————————————————

 




—————如果以上的教程还不能解决像您的问题那么你就可能须要联系厂家了——————

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