3D列印的各種問題及解決方案

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3D列印機已經買回來幾個月了，基本上每天都要列印一些東西，期間遇到了很多的問題積累了很多的經驗。雖然現在桌面級的3D列印也算是比較簡單好用了，但要追求好一點的列印品質，還是得折騰。

列印校準

列印機的校準包括X、Y、Z和A、B（就是噴頭）兩個軸的校準。最重要的是XYAB，因為他們直接關系到列印的尺寸大小及表面品質。

Cura和Slic3r等工具導出的是GCODE格式。GCODE格式使用明文描述路徑。Sailfish Firmware隻支援X3G檔案，是一種二進制檔案。由于列印機所使用的CPU速度較慢，處理檔案并轉換成脈沖比較慢，會影響列印品質。是以使用GPX工具将GCODE轉換為X3G後，每個指令所走的位置都已經轉換成脈沖，甚至可以對一些路徑進行加減速的處理。列印機的CPU就可以直接的讀取脈沖并控制電機運動。

XY steps/mm矯正

在轉換的過程中，XY的steps per mm這個參數非常重要，講的是走一個毫米需要多少的脈沖，如果該值過小，則會少走一些距離，造成距離偏小。這個和機器的結構有一定的關系，牽扯到同步齒的齒數、電機的參數等，RepRap Calculator提供了這個參數的電腦，非常友善。

MBot最初用的是17齒的齒輪，和Replicator是一樣的。後來經過改進用了18齒的齒輪，和Replicator 2是一樣的。通過電腦可以看到，88.89 steps/mm是理論值，但是MBot和Replicator 2中用的是88.573186這個值。和88.89比較起來，會少走一些距離，導緻最後列印尺寸偏小。dcnewman開發的GPX提供了正确的參數，但截至目前尚有一些問題，不建議使用。

為了矯正88.57帶來的誤差，可以采用自定義的配置檔案進行配置。mbot.ini是我的Mbot Cube的配置檔案，在使用gpx的時候，指定gpx -c mbot.ini xxxx.gcode即可正确轉換。

當然你的列印機可能依然不是正确的，需要使用一些工具進行矯正。傳統的做法是使用20mm calibration box，測量外觀尺寸。但這樣做有一個缺點，由于噴頭擠出的塑膠可能有誤差，會造成糾正的值将外殼的誤差也算進去了。正确的測量方式是使用calibration sticks，根據不同的列印平台的長度，分别進行XY的測量，然後測量出兩個缺口的距離。這樣可以排除噴頭的誤差。

我的列印機使用88.89，列印出來的距離正确。

AB軸噴頭糾正

噴頭的step per mm會對擠出的塑膠的多少有影響，在機械結構不變的情況下，該值越大，則擠出的料越多。過多的料稱之為過擠出，會造成外觀尺寸偏大，内圓半徑變小，頂層可見各種重疊的塑膠；擠出過小，會造成外觀尺寸變小，内圓半徑變大，頂層可以見各種孔洞。正确的噴頭參數，會對列印品質造成非常大的影響。

Calibrate your 3D printer提供了調整噴頭的參數方法，當然這篇文章也提到了如何修正其它參數。還有一種普遍使用的方式是在材料上做好标記，然後走10cm，測量實際走的長度。當然對于不能用print run的列印機，我寫了一個gcode檔案，執行後會自動走10cm，然後測量實際的長度。我的列印機是正确的，是以對于噴頭也不用做過多的處理。

孔偏小

列印中非常常見的問題是孔變小，通常孔會變小0.5mm左右，如果列印這個圖形，很可能會發現無法插上。測量孔的直徑，會發現孔小0.5mm，而柱子的直徑是正常的。

我在MBot Cube列印，結果是這樣。然而在FlashForge Creator Pro上面，則兩個可以插上。這個問題困擾了我很久，至今還沒有解決。試過将同樣的gcode檔案分别轉換成兩種機型的x3g進行列印，還是一樣，是以可以排除一些切片器的問題。在研究這個問題中，有一些文章可以參考。

• Calibrate your 3D printer to print parts to fit
• ArcCompensation
• Dimension Errors

• Are you printing undersized holes ?

  這篇文章的神奇之處在于他的外徑和内徑都是OK的，可能和他使用的Cura的Sublime版本有關系。其中提到的

  use Flow_tweak-post-processor and decrease perimeter flow rate as described above in case of holes coming out too small.

  或許又是另外一種解決方案。

雖然我沒用過最終解決這個問題，但以下是有一些方法可以改善這種問題：

• 改變擠出量

  在Cura和Slic3r中，都有改變擠出量的選項。甚至在Simplify3D中，PLA材料的預設擠出量就是90%。經過測試，90%的擠出量比較合适，打出來的測試塊剛好可以卡上。但是外觀尺寸會同樣變小0.2mm，内圓仍然小0.2mm，但圓柱也同樣會小0.2mm，這樣兩個尺寸就剛好能夠插入。更小的擠出量則會帶來一些問題，不推薦設定。

  改變擠出量雖然能夠緩解一些圓孔的問題，但也會影響頂層的品質。為了彌補這樣的缺陷，隻能将頂層的厚度設定為1mm，或者5層。這樣頂層基本上就密閉了。

• 噴頭形狀

  列印negative_space_tolerance_test.stl，我的列印機隻能拆下來2個，隻能說列印品質比較差。通過很多次的對比，發現噴頭的Flat tip area（見下圖）的大小會影響到tolerance的，廠商已經在着手改進中了。

• XY Size Compensation

  Slic3r中提供了一個XY Compensation的選項，在Dimension Errors中有提到。和改變擠出量不一樣，這個直接對切片後的圖形進行補償，不會産生頂層孔洞的問題。

  在目前的Cura中還沒提供這樣的功能，但在Cura的開發15.06版本中，已經準備提供類似功能。Simplify3D在最新的版本中已經提供。

• 從設計上規避

  在設計的階段就根據孔的大小預留一些空間，但這樣對于别人已經設計好的模型就很難修正了。并且你的列印機的修正量不一定适合别人。

圓不是圓

你可能會發現列印園的起始的連接配接部位會有一些凸起，并且圓可能是橢圓。如果觀察一下列印時候的速度及噪音，你會發現在列印圓的時候可能會嘎吱嘎吱的響。這是因為園會拆分成多條直線，導緻每條直線會起起停停，在速度較高的時候可能會造成一些丢步或者抖動。解決方法是列印周長的時候，選擇小一些的速度，例如40mm/s，這樣列印品質就會很好了。觀察Simplify3D的GCODE，發現它可能對不同的周長做了不同的處理，小的圓弧走的速度較慢，列印品質很好。

頂層的洞

如果擠出正常，頂層出現孔洞，則需要将Top/Bottom的層數設定得更好，一般1mm左右能夠得到很好的效果。另外infill的百分比也比較影響，因為infill很低(10%以下）的時候，列印Top的時候就會變成Bridge，造成列印品質下降。

列印錯層

Sailfish Firmware中有一個Accerlation的選項，該選項打開時固件會根據目前的GCODE生成相應地加速度，使得列印機在降速和提速的時候，能夠平穩的以一定的加速度進行提速。關閉時，會始終以電機的最大能力作為最大加速度進行加減速，當電機無法接受預定的速度時，會造成丢步，久而久之積累下造成列印錯層。

列印機噪音

我的列印機一直有嘎嘎嘎的噪音，晚上列印的時候聲音巨大，關上門隔一個屋子都能聽到。軸承都是加了油還是一樣。經過排查，最終發現是中間的塑膠塊裂了。這個塑膠塊的非常重要，應該是和XY的垂直度有很大的關系。換了以後基本上就恢複了。

第一層不粘連

第一層不粘連的問題，其實很頭痛。和以下因素有關：

• 噴頭和第一層的高度

  一般保持到一張紙的厚度即可。

• 第一層的擠出量。

  一般選擇200%的擠出量會好一些

• 溫度

  一般第一層溫度保持在230度比較好

• 材料

  材料的影響包括材料的好壞和顔色。有些材料表面粗糙，擠出後會不粘連，然後卷到噴頭上，越卷越多，造成列印失敗。解決方法包括列印一個raft，減小速度