本文摘譯自3Dprintmaterials.guru 的文章” How to find optimal 3D printer settings”

雖然3D列印科技正快速的發展,但3D印表機的初學者仍然需要克服許多挑戰,才能得到符合其預期的列印成品。列印成功與否涉及許多重要的影響因素。

其中一個因素是找到你需要的最佳線材(filaments)。另一個是選擇適當的列印條件,畢竟3D列印還沒進步到只要按列印鍵,然後就等著東西印出來的階段,不當的設定是列印失敗最常見的原因之一,即使是品質良好的線材,但設定條件不當,也會得到不佳的結果,因此應該注意。

首先要瞭解的是沒有一種終極的設定可以適用所有的列印,最適化的設定條件視3D印表機、3D列印材料、3D模型及其特性、以及更多的其他細節而定。以下介紹幾個最重要且最常見的列印參數及其影響。

1. 溫度:當使用不同的線材時,最佳的列印溫度可能會有很大的差異,即使3D列印材料的品牌及塑料都相同,不同的顏色也可能會有不同的特性。一般而言,製造商會建議線材的列印溫度,但其範圍通常太過寬廣,因此列印出來的結果也有很大的差異。在尋找最佳列印溫度時,有幾件事必須考慮,一是當溫度設定太高時,熔融狀態的線材會溢出,造成結構鬆散的假影(artefact)及細絲,另一方面,溫度不足將使層間的黏著困難,造成細部脆弱,印出物甚至無法與預設的模型匹配。

2. 列印速度(printing speed):此參數影響列印時間,壓出器移動的速度愈快,列印物件的時間就愈短。但列印速度也不宜設定太快,速度太快將使得壓出器在上一層尚未冷卻前,就將下一層材料堆疊上去,造成細部的彎曲、孔洞及其他缺陷;另外,也可能造成印出物的外觀雜亂且不準確,在列印具有許多細緻零件的模型時,要特別注意此點。但速度太慢也不行,除了會增加列印時間外,更會因為印絲的下垂而造成橋接現象(bridging)。最糟糕的情況是在列印大型物件的時候,如果列印速度慢到前一層已過度冷卻,那麼後一層就很難黏著上去。

3. 層厚度(layer thickness):這個參數主要會影響印出物的表面品質及外觀細節。你選擇的層厚度愈小,印出物的表面就愈平滑及細緻,因此基本上它可視為解析度。然而,大部分的消費級FDM 3D印表機僅能列印約0.1 mm或以上的層厚度,因此解析度受到限制。但是太小的層厚度並非完美,因為這樣一來,切片數會增加,也就是列印時間會拉長,如果你不需要太高的精細度,可以設定較大的層厚度。

有一些方法可以幫助3D列印的初學者找出最適化的設定。第一是向3D列印社群的成員學習,你可以在3Dprintmaterials.guru的平台上尋找社群成員對某一款的線材是使用那些設定條件,以及產出的詳細結果及照片。更好的是每一條評論你都可以找到3個不同印出物的相關資訊,因此你可以直接依樣畫葫蘆,或者改變不同的參數看看對品質有什麼影響,以及那種設定會得到最好的結果。第二是你可以盡情的操弄這些參數,讓你更瞭解你的印表機,以及學習它們如何和不同的3D列印材料互動。最後要注意,一次只改變一個參數,這樣才能觀察到每個參數的實際影響,並由此得到一些確切的結論。

4. 填實率(infill):這個設定是關於你想要的印出物有多強韌及厚實,以及會消耗多少線材。填實率決定了物件內部會有多少的空間百分比被線材填滿,填實率越高,表示物件會越強韌及厚實,但另一方面也會消耗更多的線材,因此成本也會增加,如何取捨視需求決定。但取捨之間也要考慮線材的性質,為了得到必要的耐受性,較強韌的高品質線材雖然價格稍貴但填實時不需耗費太多材料,而較便宜的線材可能就需要較高的填實率。如果物件不需要耐受太高的壓力,那麼20%的填實率就已足夠。

5. 附著型態:建築物需要堅固的基礎,印出物也是一樣,它必須穩固地附著在列印床(print bed)上,如果不然,極有可能後續的列印也會發生問題,因為根基不穩就無法讓印絲準確地堆疊,目前能夠幫助避免翹曲(warping)或其他附著問題的方法並不多。

其中一個方法是列印筏體(raft),也就是在印出物的下方先印幾層,建立一個水平檯面讓印出物附著,這些層通常比印出物底層來的厚,以確保印出物能充分附著。當以ABS線材列印時,通常會使用筏體,因為ABS比較會有翹曲的問題。當模型具有小且薄的細節時(例如有腳的桌子),筏體就顯得特別有用,因為筏體面積較印物底面積來得大,所以筏體可以讓物件更穩固且不易傾倒。列印筏體的缺點在於印後其難以自物件底部移除,造成不均勻或不平整。

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另外還有一種類似的設定叫作加邊(brim),此時加強層不是印在印物的下方,而是在印物的周圍並與其第一層接觸,藉由讓印物底面貼近檯面來防止翹曲並使印物更穩固。加邊因為是印在周圍,所以它不會弄壞印物底面,並且較容易移下來,如果你遇到的問題只是附著不良,建議選擇加邊而非筏體,這樣一來,印物不但可以安全地從列印床移下來,同時列印時間也較短。

第三個選擇是使用裙擺(skirt),但這和改善附著無關,裙擺和加邊類似,也是在印物的周圍列印幾層,但此時不和印物直接接觸,其目的只是要確認印絲可以順利壓出,如果裙擺可以順利且平滑的印出,那麼後面的印物應該就不會有問題。

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一般而言,ABS線材比PLA線材更容易有捲翹的問題,如果你打算用ABS線材列印而又不曉得是否要加筏體,你可以到3Dprintmaterials.guru的線上平台,找一下線材評論(filaments review)的捲翹評比(raft ranking),看看以前是否有社群成員碰到同樣的捲翹問題。你可以進一步以此為基礎,找找看是否有其他的高品質線材。

 

6. 回縮(retraction)
3D印表機遇到某一層有間隙或不連續面時,也就是線材不應壓出的時候,有一種方法可以確保線材不會出來,那就是將線材拉回一部分,即所謂的回縮。除非印物是實心體或者沒有任何間隙的物件,不然一定要注意回縮的問題,物件的不連續面愈多,線材就愈需要回縮。

 

回縮的設定有回縮距離及回縮速度。如果回縮設定不正確,你可能會看到物件上有非預期的細絲及滲出(oozing)現象等缺陷,這通常會在回縮距離設定不足時發生,但回縮距離太長,可能會因為線材回縮太多而造成噴孔堵塞,另外它也和線材的類型有關。根據經驗,最適化的回縮距離是不會產生非預期細絲的最小距離,常見的回縮距離是1 mm3 mm

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至於回縮速度,建議讓它和其他速度(例如壓出頭的移動速度)接近,另外,要注意壓出頭的移動速度不要太慢,不然壓出頭由上一點移動到下一點會花費太多時間,這樣一來,線材發生滲出的機率也會增加。

 

7. 外殼(shell)

 

外殼表示印物的外壁,有時候也稱為周邊(perimeter),這是因為當你由二維的角度觀之,外殼就是物件的周邊,另外,也有人稱其為迴路(loop),看你使用那種切片軟體而定。

 

和外殼有關的設定是外殼的數目,亦即欲列印之外殼的垂直層數目,物件的外殼層愈多,外殼就愈厚,物件也就愈強韌。然而,增加外殼層會拉長列印時間,同時,物件的幾何特性也可能會略微增加線材的消耗量。如果物件的視覺效果是唯一的重要因素,這個參數就沒那麼重要,如果物件還具有功能因素,必須強韌到能夠耐受某些壓力,那麼就要增加外殼數。如果物件要盛裝液體,為了確保它不會漏,甚至不會滲透,你也可以增加外殼數。

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你可以到3Dprintmaterials.guru網站的線材平台(filament platform),看一下線材評論(filament review),這些列印材料經過社群成員測試後,寫成評論與大家分享。由3D列印物件的照片及線材測試結果,你可以找到什麼樣的設定可以得到怎樣的結果,並由此學習到某一種線材是否品質優良,以及什麼是較佳的設定條件。這個3D列印材料平台可供你學習如何選擇線材,以及什麼是最佳的3D列印材料。

 

 

 

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