3D打印件的卷边与转角粗糙:成因、诊断与解决方法

铺设该层时转角处发生了什么

转角是任何打印件上最容易受外界影响的位置。喷嘴必须突然改变方向,塑料两侧暴露在空气中,而且往往会有多余的材料堆积在这里。冷却、打印头运动和挤出流量这三个因素在同一小块区域内叠加。因此,转角出现缺陷可能有好几种成因,而肉眼看上去又十分相似。

根据 Simplify3D 的故障排查指南,在打印中途而不是一开始出现的卷边,几乎总是指向过热。塑料离开喷嘴时温度很高,如果不能迅速冷却,它在凝固之前会不断变形。每一个新层都会重新加热下面的一层,转角每经过一遍就多翘起一点,最终喷嘴会拖过它,留下粗糙、像被撕裂的边缘。

同一份指南指出,从最初几层就出现的卷边是另一个问题:零件没有粘在热床上。因此,在调整任何冷却设置之前,先确定缺陷是从什么时候开始的。仅这一项观察就能决定本页的哪一半适用于你。

根据缺陷出现的位置和时间来判断

先看高度。如果最初几层就翘起,那就是附着力问题:打印板脏污、喷嘴高度过高,或者热床温度不适合该材料。解决方法见热床附着力指南,它的近亲翘边也有专门的页面。如果最初几层很干净,卷边从更高处开始,通常出现在窄小特征上,就先按热问题处理。

接下来,看看损伤的形态。转角干净利落地翘起,表面光滑但弯曲,说明塑料在收缩时仍然是软的。转角看起来粗糙、带着细小毛刺,说明喷嘴犁过了尚未凝固或堆积过高的材料。从转角开始、沿壁面逐渐减弱的规则波纹根本不是冷却问题;它们来自机器振动,详见鬼影与振纹指南。

为了找出原因,打印一个带尖角的小而简单的物体,比如立方体或细塔。如果物体越小缺陷越严重,答案就是过热。如果无论尺寸大小都一样,就去检查机械结构或流量。

过热:让每一层有时间硬化

Simplify3D 说得很明确:防止卷边的办法是让每一层足够快地冷却,使其在凝固之前无法变形。你的第一个调节手段是零件冷却。确认零件风扇确实在转,风道没有被零散的耗材团堵住,并且气流吹向的是喷嘴尖端而不是滑架侧面。还要检查你加载的是哪个配置文件。如果误将为ABS这类对气流敏感的材料而降低风扇转速的配置文件用于PLA,转角就会被烤坏。

你的第二个调节手段是时间。在极小的层上,喷嘴在几分之一秒内就会回到同一位置,塑料根本没有机会冷却。大多数切片软件可以在短层上自动减速,并且都允许你同时打印物体的两个副本,这样在另一个零件打印时,每一层都能得到喘息。对于细塔,并排打印一对往往是最干净利落的解决办法。

你的第三个调节手段是喷嘴温度。挤出温度过高的塑料会保持柔软更久。先调到耗材厂商公布的范围内,然后在转角持续改善的前提下以小幅度逐步调低。

加速度与振动:打印头在尖角处的动作

在转角处,打印头必须减速、反向,然后再次加速。加速度越高,这一过渡就越剧烈,转弯之后整个龙门架抖动得也越厉害。Simplify3D 将振动和振纹列为与卷边相关的主题,正是因为这个原因:这两种缺陷出现在同一个位置。转角粗糙并且随后的壁面上出现波纹,说明机械结构跟不上,而不是冷却不足。

尖角的第二个影响是材料堆积。喷嘴在减速进入转角时会在瞬间继续挤出,留下一个小凸起。一层又一层,这些凸起叠成一道凸脊,喷嘴在下一次经过时会刮到它。现代高速打印机通过喷嘴内的压力控制部分补偿了这一问题,但调校不佳的配置文件会让凸脊卷土重来。

对于这种情况,请在切片软件中降低外壁加速度,检查皮带张力并确认喷嘴已拧紧,然后重新打印样件。如果转角变得锐利但仍然翘起,就回到热处理方面的解决办法。

顶面过挤出与喷嘴拖拽

顶面粗糙并不总是卷边造成的。据 Simplify3D 介绍,喷嘴在已打印的层上移动并拖过塑料时,会留下划痕。首先要排除的是材料过多:如果打印机挤出的材料超过应有的量,每一层都会比计划的稍厚,喷嘴在每次空移时都会刮到多余的材料。过挤出指南会逐步讲解流量校准。

如果流量正确但痕迹仍然存在,Simplify3D 建议启用垂直抬升,通常称为 Z-hop。喷嘴在每次空移前抬升一小段距离,到达后再落下,这样就能避开已经开始翘起的转角。文档补充说,这种抬升只在回抽时发生,因此如果希望每次移动都抬升,请关闭那些将回抽限制在长距离空移或跨越空白区域的选项。

需要注意的是:Z-hop只是掩盖了症状,并不能让转角冷却得更好。请在冷却和加速度问题解决之后,把它当作收尾手段,而不是替代方案。

尝试解决办法的顺序

从最常见、改动最小的做法开始,逐步向外扩展。从第一层就卷起的转角是热床问题:清洁打印板,然后按照首层指南中的说明设置喷嘴高度和热床温度。在更高处才变差的转角首先是冷却问题:风扇工作正常、风扇配置文件与材料匹配、在短层上减速,或者同时打印两个零件。

如果这还不够,就把喷嘴温度稍微调低,然后降低外壁加速度并检查机械结构。最后,如果转角不再翘起而表面仍然粗糙,就校准流量并开启垂直抬升。每次打印只改一项设置,并使用同一个样件,否则你无法知道是哪项改动起了作用。

还要检查模型本身。极其尖锐的角度会把应力集中在很小的区域;在设计中加一个小圆角或倒角,有时无需调整打印机就能消除问题。如果零件必须保持锐利的边缘,把它在打印板上旋转几度,会改变打印头接近每个转角的方式,有时仅此就足够了。

资料来源与局限

• Simplify3D — 卷边或转角粗糙
• Simplify3D — 顶面划痕

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