3D打印件尺寸偏差分析与补偿优化 DF创客社区

本帖最后由 dsweiliang 于 2017-1-19 11:31 编辑

大家肯定有发现，3D打印出来的零件尺寸与实际设计尺寸或多或少会有一些偏差，比如在 @永远的黑侠《关于材料PLA收缩率的实验及浅析》帖子里面尝试验证PLA收缩率过程的数据中能看到，模型的尺寸偏差在0.2~0.4mm之间。还有@svw 针对孔的验证《Ol打印误差实证- 兼为常用M3，M2螺丝找到合适打印尺寸》，也很好的说明了孔的尺寸偏差，应该说是孔的直径变小了0.3~0.5mm之间。但是这些误差是如何产生的，又是如何尽量消除呢？
从上图的测量能看到，打印出来的零件尺寸有大概0.2~0.4mm的误差。而且，打印的模型越大，误差就越大。辛辛苦苦打印出来的棒棒硬是插不进孔里面，必要要打磨一下。这种情况实在有点让人不爽，但是为什么零件的尺寸会出现偏差呢。这跟机器的结构，强度，材料，挤出的温度，冷却时的室温等等因素有关，例如很多3D打印机都用皮带传动，皮带是软的，有弹性的，这么引起尺寸变化；很多机器控制板采用ATmega2560芯片，它仅仅是一个8位的单片机，脉冲频率，运动轨迹合成，脉冲同步等运动控制方面的处理，对于三角洲来说还有个坐标系统转换的算法开销等等简直要了这块单片机的命，控制芯片的性能不足也会影响到零件的尺寸；然后还有机器的结构强度更是影响尺寸的因数，一条弯的光轴是不可能打出一条直线来，机器的机构强度不足会令模型整体变形；最后就是材料，PLA会根据挤出温度的不同，室温的不同，会导致自身的收缩率不同，所以到现在行业里也没有一条准确的公式描述这个尺寸变化。所以以后有商家和你说自己的产品打印精度少于0.02mm的，那是忽悠你的。既然尺寸误差是无法避免，我们要做的就是尽量减少这种误差。

一，建模时主动添加补偿
建模的时候有意识的添加一个补偿值是最简单直接也是最好的解决办法。但是这个补偿值在每台机器都会有不同，所以你需要摸清你使用机器的脾气，你需要一条皮鞭，不对，你需要一把游标卡尺，但是因为不同环境导致数值的不同，我也知道大家肯定没有心机每次打印前都会打印一个模型测试一下补偿值，所以现在楼主就说说自己的经验吧。毕竟以工业制造的精度要求来看，3D打印的零件可以说是没有精度可言，也只能这样子了。
一般尺寸变化最大的是打印孔的直径，太小的孔就不需要打印了，后期用电钻钻一个出来吧，因为根本就打印不出来。稍微大一点的孔直径可以增加0.5mm，例如我要打印一个10mm的孔，设计建模的时候，孔的直径就要设计为10.5mm，方形外部尺寸一般增加0.4mm，外圆的加0.5mm，当然这只是我平时用的补偿，不同机器有不同的误差，而且越大的模型，补偿的数值就要越大，所以不能一味照搬，要根据自己的实际情况增补，最后你还是要买一个游标卡尺来确定自己的补偿值最稳当。
二，切片软件缩放
由于楼主只会用cura，所以以cura为例子说明，其他同学对其他切片软件要研究的，欢迎能在回复说说一下其他切片软件的补偿设置。
如果是在网上下载的stl文件，或者我就是懒不想在设计模型的时候添加补偿，那怎么办呢？在cura的左下右有一个缩放比例，只要设置一下就能对模型就行缩放，但是要注意一下的是，这个缩放是按比例缩放，并不是按尺寸缩放，所以设置参数的时候大脑要稍微转换一下，例如我这个模型长是10mm，那放大比例填1.04是可以的，但是如果我这个模型是20mm的，那就填入1.02比较合适了，放大的比例与模型的实际尺寸有关。
选中模型，点击 “缩放”按钮，在该按钮上方会出现两个按钮，分别为“To max”和 “Reset”，同时该按钮上方会出现一个文本对话框，在上面三个ScaleX、ScaleY、ScaleZ对应的文本框中输入数字可以对模型按比例做各轴向上的缩放;在下面三个SizeX、SizeY、SizeZ对应的文本框中输入数字可以改变模型各轴向上的尺寸。点开“Uniform scale”后面锁这个按钮，可以同时对模型做三个轴向尺寸的缩放，关闭这个按钮，可以单独改变某个轴向上的尺寸。点击“To max”这个按钮，可以自动将模型调整到最大化而不会超出最大成型尺寸，点击 “Reset”这个按钮可以让缩放过的模型调整为导入软件时的大小。

三，少用直角
由于使用皮带传递，还有喷头移动的惯性影响，在模型的直角或者锐角部分会产生“过冲”现象。“过冲”现象就是本来是锐角或者直角的角尖位置变成圆头了，也就是经过小角度的位置的时候喷头冲过头了，虽然通过拉紧皮带，降低打印速度能减少“过冲”现象，但是和误差一样是无法避免的。
所以在不影响使用情况下，原来的直角部分改成圆角，在剧变的位置加上倒角或者圆角，这样子打印出来的零件不但外观更好看，而且也方便装配，最重要圆角的过度作用把过冲消除掉了。

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