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1、第7章基于Arduino控制的3D打印机项目,目录,7.1 设计思想7.2 材料清单7.3 安装过程7.4 固件详解7.5 打印过程的注意事项,7.1 设计思想,3D打印技术的出现,为各行各业乃至于这个世界提供了无限可能。3D打印机让创造离人们生活从未来，它迅速的拉近了梦想构思和现实的距离，同时也快速推进了各行业的创新速度。3D打印机被誉为第三次工业革命重要标志，3D打印以其个性化、低消耗、小批量、高难度的制造新理念，正在颠覆传统的锻造、切削加工制造模式，给大规模生产线的工业组织方式带来了重大变革。目前，3D打印已形成了从数据采集、材料、打印设备到应用服务的较为完整的产业链，被广泛应用于航空航
2、天、汽车制造、医疗器械、个人消费、教育科研和军工生产等领域。,7.2 材料清单,7.3 安装过程,首先将所有的型材进行分类，找出X型材（245mm）、Y型材（385mm）、M5螺丝、M5T螺母和角件，如图7-1所示。用螺丝和螺母穿过角件并固定好X、Y型材，安装图7-2的摆放方式进行固定安装，安装的时候要注意不要将螺丝拧的特别紧，避免出现脱扣的情况出现。应该预留一定的松紧度，方便随时调整对其，确认角度没有问题后将螺丝拧紧，确保结构牢固。,7.3.1 机架安装,图7-1 分类图,图7-2 X、Y型材安装图,找出横梁型材（410mm）1根、Z轴型材(310mm)2根，角件2个，M5螺丝2个，M5T螺
3、母2个，M5扳手1个。将上一步的底座四角朝下，再长轴上找出255mm的位置上安装Z轴，安装的时候要注意两个Z轴型材的位置是一样的，如图7-3所示。,图7-3 X、Y、Z型材安装图,固定好两个Z轴型材后，开始安装横梁。横梁与Z轴固定的位置应该留有62mm的距离，并注意两边距离相同。安装如图7-4所示。,图7-4 横梁安装图,上述步骤完成之后开始安装料架，料架安装在横梁上，应该距离横梁的一侧245mm ，具体安装如图7-5所示。到这步为止铝型材框结构安装完毕。,图7-5 料架安装图,7.3.2 平台安装,1.平台安装 找出铝板、直线轴承3个、打印件4个、M3螺丝8个、M3T螺母8个、扎带6个。首先
4、用扎带固定直线轴承在打印件上，之后减掉多余的扎带。然后将三个直线轴承固定在铝板上。如图7-6所示。,图7-6 直线轴承固定示意图,2.X平台安装 准备直线轴承3个，打印件1个，扎带6个。与X轴安装方法类似，将直线轴承塞入打印件，然后用M3和M3T将其固定在打印件上。如图7-7所示。,图7-7 X平台安装图（1）,准备好电机1个，和与其配套的打印件、直线轴承2个、限位开关1个、同步轮1个、热缩管1段。用杜邦线连接限位开关，常开脚并用热缩管包住。如图7-8所示。,图7-8 X平台安装图（2）,将电机用M3螺丝和M3T螺母固定在配套的打印件上，确定稳固后将同步轮固定在电机上。这时应该特别注意，同步轮
5、的齿轮一定要在打印件的空隙正中处，并能保证正常转动。上述步骤完成后将处理好的限位开关用扎带固定在打印件上，注意扎带要从打印件的空隙处穿过，完成的电机如7-9所示。,图7-9 X平台安装图（3）,找出最短的两根光轴，与上一步的半成件进行组装。此步骤完成后X轴平台安装完毕。完成图如7-10所示。,图7-10 X平台安装图（4）,3.Z平台安装,首先按照图7-11准备好想要材料。将联轴器和电机组装到一起，这个过程要注意因为联轴器顶丝打在电机D面内部两端的直径不同，需要插入直径小的部分中，如图7-12所示。完成之后贴近铝型材进行固定，拼装后的完成图如7-13所示。,图7-12 联轴器和电机组装图,图7
6、-11 材料图,图7-13 固定图,找出剩余的两根光轴和丝杆，组装成图7-14的样式。安装过程中要特别注意，光杆要轻缓的穿过直线轴承。如果遇到阻塞，可以适当的调节期间的宽度，但是动作一定要轻缓。,图7-14 光轴与丝杆组装图,找出同步带、扎带、张紧弹簧，按图7-15的方法和Y轴同步带进行组装，一定要注意张紧弹簧的安装位置。,图7-15 与Y轴同步带组装图,4.机械杂件的安装,完成上述安装步骤之后是进行热床的安装，准备好将热板、4个弹簧、4个M3自锁螺母、4个M3螺丝。如图7-16所示。用M3螺丝和螺母插入打印件，将热板固定在铁板上，拧紧4个角的螺丝。然后进行限位开关的安装，注意拧的过程不要太紧
7、，因为打印时可能还需要进行调试。如7-17所示。,图7-16 材料图,图7-17 热板固定图,接下来安装挤出机和电源，这两部分相对较为简单，按照图7-18、7-19进行安装。,图7-18 挤出机安装图,图7-19 电源安装图,7.3.3 控制板安装及布线,1.主控板安装本打印的核心控制单元是Arduino mega 2560, mega 2560板子在3d打印机中相当于大脑，控制这所有的3d打印配件来完成复杂的打印工作，但mega2560不能直接使用，需要上传（upload）固件（firmware）才可以使用，本项目采用的固件是Marlin 固件会在下节进行详细的介绍。此外mega2560需要
8、和Reprap Ramps 1.4扩展板进行组合，通过扩展板完成对3D打印机的控制。 mega2560和Reprap Ramps 1.4只需将后者的引脚插入2560即可，具体如图7-20所示。两者组合的时候要注意不要特别用力，如果某些引脚出现歪了的情况，只需将其掰正即可，不影响正常使用。,图7-20 引脚插入图,组合完成之后需要进行Reprap Ramps 1.4的相关电路连接，具体连接示意图如图7-21所示。,图7-21 连接示意图,7.4 固件详解,7.4.1概述 Sprinter 固件是目前用的比较多的 3D 打印机固件，而 Marlin 固件和Repetier-firmware 固件都
9、是由其派生而来。而且这两款固件的用户群非常活跃，而 Sprinter固件已经没有人维护了。在这二者中，Marlin 固件的使用更加广泛，很多打印机控制软件都兼容 Marlin 固件。一般用户在使用 Marlin 固件的时候只需要改变一下 Configuration.h 文件中的一些参数即可,非常方便。本节主要介绍用户设置的基本信息、怎么运用这些设置、根据不同的需求制定特色功能。Marlin 固件可在本书配套资源中找到。固件实际上是通过特定软件写入ArduinoMEGA 2560内部的，实际上是通过ArduinoMEGA 2560 发送各种控制指令对打印件进行三轴的控制。,7.4.2 Marli
10、n 固件特点,Marlin 相对于 Sprinter 有很多优点，具体为以下几点：1. 预加速功能（Look-ahead）： Sprinter 在每个角处必须使打印机先停下然后再加速继续运行，而预加速只会减速或加速到某一个速度值，从而速度的矢量变化不会超过 xy_jerk_velocity。要达到这样的效果，必须预先处理下一步的运动。这样一来加快了打印速度，而且在拐角处减少耗材的堆积，曲线打印更加平滑。2. 支持圆弧（Arc Support）：Marlin 固件可以自动调整分辨率去以接近恒定速度打印一段圆弧，得到最平滑的弧线。这样做的另一个优点是减少串口通信量。因为通过 1 条 G2/G3 指
11、令即可打印圆弧，而不用通过多条 G1 指令。,3. 温度多重采样（Temperature Oversampling）：为了降低噪声的干扰，使PID温度控制更加有效，Marlin采样16次取平均值去计算温度。4. 自动调节温度（AutoTemp）：当打印任务要求挤出速度有较大的变化时，或者实时改变打印速度，那么打印速度也需要随之改变。通常情况下，较高的打印速度要求较高的温度，Marlin 可以使用 M10S B F指令去自动控制温度。使用不带 F 参数的 M109 指令不会自动调节温度。否则，Marlin 会计算缓存中所有移指令中最大的挤出速度（单位是 steps/sec），即所谓的“maxer
12、ate”。然后目标温度值通过公式 T = tempmin + factor*maxerate，同时限制在最小温度（tempmin）和最大温度（tempmax）之间。如果目标温度小于最小温度，那么自动调节将不起作用。最理想的情况下，用户可以不用去控制温度，只需要在开始使用 M109 S B F，并在结束时使用M109 S0。,5. 非易失存储器（EEPROM）： Marlin 固件将一些常用的参数，比如加速度、最大速度、各轴运动单位等存储在 EEPROM中，用户可以在校准打印机的时候调整这些参数，然后存储到 EEPROM 中，这些改变在打印机重启之后生效而且永久保存。6. 液晶显示器菜单（LCD
13、 Menu）： 如果硬件支持，用户可以构建一个脱机智能控制器（LCD 屏+SD 卡槽+编码器+按键）。用户可以通过液晶显示器菜单实时调整温度、加速度、速度、流量倍率，选择并打印 SD卡中的 G-Code 文件，预加热，禁用步进电机和其他操作。比较常用的有 LCD2004 只能控制器和 LCD12864 只能控制器。,7.SD 卡内支持文件夹（SD card folders）： Marlin 固件可以读取 SD 卡中子文件夹内的 G-Code 文件，不必是根目录下的文件。8.SD 卡自动打印（SD card auto print）： 若 SD 卡根目录中有文件名为 auto0-9.g 的文件时，
14、打印机会在开机后自动开始打印该文件。9. 限位开关触发记录（Endstop trigger reporting）： 如果打印机运行过程中碰到了限位开关，那么 Marlin 会将限位开关触发的位置发送到串口，并给出一个警告。这对于用户分析打印过程中遇到的问题是很有用的。,10. 编码规范（Coding paradigm）： Marlin 固件采用模块化编程方式，让用户可以清晰地理解整个程序。这为以后将固件升级到 ARM 系统提供很大的方便。11. 基于中断的温度测量（Interrupt based temperature measurements）：一路中断去处理 ADC 转换和检查温度变化，这
15、样就减少了单片机资源的使用。12. 支持多种机械结构： 普通的 XYZ 正交机械，CoreXY 机械，Delta 机械以及 SCARA 机械。,7.4.3基本配置,使用 Arduino IDE 打开 marlin.ino，切换到 Configuration.h 即可查看并修改该文件。或者使用任何一款文本编辑器（notepad,notpad+等）直接打开 Configuration.h 也可以。Marlin固件的配置主要包含一下几个方面：1. 通讯波特率2. 主板类型，所使用的主板类型3. 温度传感器类型，包括挤出头温度传感器和加热床的温度传感器4. 温度配置，包括喷头温度和加热床温度,5. P
16、ID 温控参数，包括喷头温度控制和加热床温度控制6. 限位开关7. 4 个轴步进电机方向8.X/Y/Z 三个坐标轴的初始位置9. 打印机运动范围10. 自动调平11. 运动速度12. 各轴运动分辨率13. 脱机控制器,根据经验来说，Marlin 固件中的 Configuration.h 将各个配置模块化，非常便于读及修改，而且注释非常详细，英文好的同学可以很容易地理解各参数的意义。注意到 Marlin固件使用 C 语言编写，“/”后面的是注释语句，不会影响代码的作用。另外 Marlin 固件中大量使用#define，简单来讲，就是定义的意思，包括定义某个参数的数值，定义某个参数否存在。最开始的
17、两行非注释语句是定义固件的版本和作者。缺省的版本号就是编译时间，这可以不用修改，只需要把作者改为自己的名字即可，注意不能包含中文，不然会乱码。#define STRING_VERSION_CONFIG_H _DATE_ _TIME_ / build date and time#define STRING_CONFIG_H_AUTHOR / who made the changes.,电脑和打印机通过串口进行通讯，要定义好端口和波特率，在此定义的是 3D 打印主的端口和波特率，端口号使用默认的 0 就可以了。Marlin 固件默认的波特率是 250000，可以修改为其他值，比如 115200，这
18、是标准的 ANSI 波特率值。#define SERIAL_PORT 0#define BAUDRATE 250000下面定义主板类型，Marlin 固件支持非常多种类的 3D 打印机主板，比如常见的RAMPS1.3/1.4、Melzi、Printrboard、Ultimainboard、Sanguinololu 等控制板。需要注意的是不同主板使用不同的脚口和数量，如果该定义和 Arduino IDE 中使用的主板不一致，肯定会导致编译不通过。笔者使用的是 RAMPS1.4 并且 D8、D9、D10 控制的是一个喷头加热、一个加热床加热和一个风扇输出，因此定义为 33。#ifndef MOTH
19、ERBOARD#define MOTHERBOARD 3,#endif接下来是定义挤出头的个数及电源类型，笔者使用的是单喷头打印机，因此定义为 1。电源有两种类型可以选择，1 表示开关电源，2 表示 X-Box 360 203 伏电源，一般都使用的是开关电源，因此定义为 1。#define EXTRUDERS 1#define POWER_SUPPLY 1接下来定义温度传感器类型，包括每个喷头使用的温度传感器（如果是多喷头）和加热床的温度传感器类型，常用的温度传感器有电热偶和热敏电阻两大类，热敏电阻又分为很多种。目前的 3D 打印机主要用的是热敏电阻，具体是哪种热敏电阻需要自己判断或询问卖家，
20、不出意外的话，都是 100k ntc 热敏电阻，即 1。根据注释，1 要求 4.7k 的上拉电阻，而根据RepRap wiki，几乎所有的 3D 打印机都使用了 4.7K 的热敏电阻上拉电阻。笔者观察了几种电路板的电路图，发现都使用了 4.7K 的上拉电阻，如图 7-22 所示。,/ 1 is 100k thermistor - best choice for EPCOS 100k (4.7k pullup)笔者的打印机为单喷头，因此第一个喷头的温度传感器配置为 1，其他配置为 0（0 表示没有使用），加热床的温度传感器也配置为 1。#define TEMP_SENSOR_0 1#define
21、 TEMP_SENSOR_1 0#define TEMP_SENSOR_2 0#define TEMP_SENSOR_BED 1器件连接原理图如图7-22所示。,图7-22 器件连接原理图,接下来是温度检测的一些配置，包括双喷头温度差，M109 检测配置，安全温度配置。下面进行一一解释。 首先下面这一句配置双喷头温差最大值，如果温度超过这个数值，那么打印机会终止工作，因此对于双喷头打印机玩家来说，这个参数需要注意。#define MAX_REDUNDANT_TEMP_SENSOR_DIFF 10 下面这一段配置 M109 指令完成的指标，我们知道，M109 指令设定喷头温度并等待，那么等待到什
22、么时候呢？下面这三个参数控制这个时间。第一个参数表示温度“接近”目标温度必须持续 10 秒才算加热完成，第二个参数表示和目标温度相差不超过 3为“接近”，第三个参数表示从温度与目标温度相差不超过 1 度开始计时，从此刻开始，温度和目标温度持续接近 10 秒钟，则完成加热。,#define TEMP_RESIDENCY_TIME 10 #define TEMP_HYSTERESIS 3 #define TEMP_WINDOW 1 下面配置安全温度范围的下限和上限，包括各个喷头和加热床。如果温度超过下限，那么打印机会抛出 MINTEMP 的错误并终止工作，如果超过上限，那么打印机抛出 MAXTEM
23、P的错误并终止工作。Marlin 用这种方式保护 3D 打印机。下面的配置最小温度都是 5，喷头的最大温度为 275，热床的最大温度为 150。#define HEATER_0_MINTEMP 5#define HEATER_1_MINTEMP 5#define HEATER_2_MINTEMP 5#define BED_MINTEMP 5#define HEATER_0_MAXTEMP 275,7.5打印过程的注意事项,7.5.1翘边的处理方法翘边可以说是3D打印最常见的问题了，没有之一。只要方法得当，也是可以有效减少翘边的，下面介绍5个方法解决翘边的问题。想要解决问题，首先得知道问题的根源
24、，为什么在打印过程中总是会翘边呢？主要原因就是塑料的热胀冷缩，从喷嘴挤出来的塑料在冷却的过程中会收缩，导致模型边缘或者两头翘起来，与平台分离。尤其是ABS，比PLA更易翘边。当模型底部面积不大时，收缩造成的影响并不明显。但面积较大时，每单位面积产生的收缩累积起来，向内产生的拉力就变得相当强大，造成边缘翘起。下面是经过测试的解决办法，同学们可以根据自己遇到的实际情况选择不同的方法。,1.加宽第一层线宽线宽越宽，从挤出孔挤出的料就越多，塑料和打印平台挤压的力量也会越强。这样可以增加模型与平台的黏合力，进而减少翘边的状况。2.首层不开风扇（适用于creator系列和Dreamer系列）风扇吹风可以让
25、模型加速冷却，如果打印的模型很小，来不及冷却就要开始印下一层，很容易就过热了，造成模型变形，所以一般都需要吹风来加速冷却。但是打印较大的模型时，风扇吹风会让塑料冷却过快而收缩，造成边缘翘起。所以，通常模型面积较大时，首层打印可以不开风扇，后面再开风扇。因为首层的打印时间比较长，有足够的时间让塑料冷却，不开风扇也可以。3.减慢打印速度如果你发现自己的打印机总是出现翘边的情况，可以降低一下打印速度试试看。总结大量的打印经验，减慢速度的确有助于减少翘边。这种方法尤其适合三角洲打印机，降低标准速度百分之30左右，处了大大的降低了翘边的可能性，打印质量也有明显的提升，精度明显高于高速打印。,4.使用各种
26、胶胶可以带来不错的附着力，降低翘边出现的概率。比如PVP固体胶、各种防翘边胶水、防翘边贴膜、美纹纸等等。涂胶也是有技巧的，一定要均匀涂抹，选择那种粘度较强的胶。不要某一区域特别厚，某区域特别薄，这样反而会影响调平效果，造成打印失精等情况发生。5.改善模型修改下模型底部的形状，也是可以减少翘边的，比如模型底部加老鼠耳朵一样的边缘，增加附着力。改善后的模型图如图7-23所示。,图7-23 改善模型图,7.5.2 打印时耗材无挤出,对于刚接触到3D 打印的同学来说，这是一个比较常见的问题。我们常见的挤出机不挤出耗材，一般来说是四种因素造成的。1. 打印开始前，挤出机没有装填耗材2. 喷嘴离平台太近3
27、. 线材在挤出齿轮上打滑（刨料）4. 挤出机堵了,7.5.3 打印时耗材无法粘到平台上,打印的第一层，与平台紧密粘住，是很重要的。只有这样，接下来的层才能在此基础上，建构出来。如果第一层，没能粘平台上，那将导致后面的层出问题。例如：1.建构平台不水平2.喷嘴平台太远3.第一层打印太快4.温度或冷却设置有问题5.平台表面处理（胶带，胶水，及材质）6.当以上方法都不行：溢边和底座,7.5.4出料不足,Simplify3D 中包括一些设置，来决定 3D 打印机挤出多少塑料。然后 3D 打印机并没有反馈多少塑料实际已经流出了喷嘴。因此，有可能实际挤出的塑料，与软件期望的要少（也即所谓的出料不足（und
28、er-extrusion）。如果出现这种情况，你可能会注意到，各相邻层之间，会有间隙。测试你的打印机，是否挤出足量的方法是，打印一个简单的 20mm方的正方体，设置至少打印 3 层边线。检查一下，在方块的顶部的 3 条边线，是否紧密地粘合在一起。如果 3 条连线之间有间隙，那么你就是遇到了出料不足的问题。如果这 3 条边线互相紧靠，并且没有间隙，那有可能你遇到是另一种问题。如果你确定，你遇到的是出料不足，那这儿有几个可行的方法，具体见下文。,1.不正确的线材直径你需要确认的第一件事是，软件得知道你使用的耗材的直径。点击“修改切片设置（ EditProcess Settings）”，打开“其他”
29、标签。确认设置的值，与你购买的线材直径是一致的。甚至，你需要用卡尺测试你的线材，以确定你在软件中设置的值，是正确的。最常见的线材直径是 1.75 和 2.85。许多线材卷的包装上，也有正确的直径。2.增加挤出倍率如果你的线材直径是正确的，但是你仍然看到出料不足的问题，那么你需要调整挤出倍率。这是 Simplify3D 中一个非常有用的设置，允许你轻松修改挤出机挤出量（也被称为流量倍率）。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打印“挤出机（Extruder ）标签页”。你打印机上的每个挤出机，都有一个单独的挤出倍率，所以，如果你想修改某一个挤出机的流量倍率，确保在
30、列表上选择了与之对应的设置项。比如，如果你的挤出倍率原来是 1.0，你修改它为 1.05，这意味着将比以前多挤出 5%的塑料。比较典型的是，打PLA 时设置挤出倍率为 0.9 左右，打印 ABS 时，设置接近 1.0。尝试着增加 5%，然后再打印测试方块，看边线上是否仍然有间隙。示意图如图7-25所示。,图7-25 挤出效果示意图,7.5.5出料偏多,软件与你的打印机是一起工作的，请确认从喷嘴中挤出了准确数量的塑料。精确挤出是获得高质量打印件的重要因素。然而，大多数 3D 打印机，没有方法监测到底挤出了多少塑料。如果你的挤出机设置不正确，打印机有可能挤出超过软件预期的塑料。出料偏多将导致打印件
31、的外尺寸出问题。解决这个问题，在Simplify3D 中，只需要进行很少的设置。请参考“出料不足”章节，以获得更详细的说明。虽然那个说明是关于出料不足的，但你可以修改相同的设置项，解决出料偏多的问题，只需要相反的设置。例如，增加挤出倍率可以解决出料不足的问题，你可以减少挤出倍率，来解决出料偏多的问题。示意图如图7-26所示。,图7-26 出料偏多示意图,7.5.6顶层出现孔洞或缝隙,为了节省塑料，大多数 3D 打印件，都是由一层实心的壳和多孔中空的内芯构成。例如：打印件的内芯的填充率，只有 30%，也即意味着，内芯只有 30%的是塑料，其他部分是空气。虽然打印件的内芯是部分中空的，但我们希望表
32、面是实心的。为了达到这个目标，Simplify3D允许你设置，在你的打印件中，顶部和底部有多少实心的层。例如，你打印一个上下各有 5层实心层的方块，软件将在上下各打印 5 层完全实心的层，但是其他中间的层，将部分中空。这个技术，可以节约大量的塑料和时间，但同时又能创造出结实的打印件。当然，取决于你使用何种设置，你有可能注意到，打印件的顶层并不是完全实心的。在挤出机建构这些实心层时，你可能看到孔洞或间隙。如果你遇到这种问题，这儿有几个简单的设置，你可以对其进行调整，以解决问题。,1.顶部实心层数不足调整顶层实心填充层的数量，是最先被用到的。当在部分中空的填充的层上，打印 100%的实心填充层时，
33、实心层会跨越下层的空心部分。此时，实心层上挤出的塑料，会倾向下垂到空心中。因此，通常需要在顶部打印几层实心层，来获得平整完美的实心表面。好的作法是，顶层实心部分打印的厚度至少为 0.5mm。所以如果你使用 0.25 为层高，你需要打印 2层顶部实心层。如果你打印层高更低，比如只有 0.1mm，你需要在顶部，打印 5 个实心层来达到同样的效果。如果你在顶层发现挤出丝之间有间隙，第一件事，是尝试着增加顶部实心层的数量。例如，如果你发现这个问题，而只打印了 3 个顶部实心层，那试试打印 5 个实心层，看看有没有改善。注意，增加实心层只会增加打印件里面塑料的体积，但不会增加外部尺寸。你可以点击“修改切
34、片设置（ Edit Process Settings）”，打印“层（Layer ）标签页”，来调整实心层的设置。,2.填充率太低打印件内部的填充，会成为它上面层的基础。打印件顶部的实心层，需要在这个基础上打印。如果填充率非常低，那填充中将有大量空的间隙。比如，你只使用 10%的填充率，那么打印件里面，剩下 90%将是中空的。这将会导致实心层，需要在非常大的中空间隙上打印如果你试过增加顶部实心层的数量，而你在顶部仍然能看到间隙，你或许可以尝试增加填充率，来看看是间隙是否会消失。比如，你的填充率，之前设置的是 30%，试着用 50%的填充率，因为这样，可以提供更好的基础，来打印顶部实心层。3.出料
35、不足如果你已经尝试增加填充率，和顶层实心层的数量，但在打印件的顶层，你的仍能看到间隙。那你可能遇到挤出不足的问题。这意味着，喷嘴没有挤出软件所预期数量的塑料。关于这个问题的完整解决办法，可以参考“出料不足”章节。效果示意图如图7-27所示。,图7-27 示意图,7.5.7拉丝或垂料,当打印件上残留细小的塑料丝线，则发生了拉丝。通常，这是因为当喷嘴移到新的位置时，塑料从喷嘴中垂出来了。庆幸的是，在 Simplify3D 中，有几种设置，可能有助于解决这个问题。解决拉丝问题，最常用的是方法是“回抽”。如果回抽是开启的，那么当挤出机完成模型一个区域的打印后，喷嘴中的线材会被回拉，这样再次打印时，塑料
36、会被重新推入喷嘴，从喷嘴顶部挤出。要确认回抽已经开启了，可以点击“修改切片设置（ Edit ProcessSettings）”，打开“挤出机（Extruder）标签页”，确认你的每个挤出机，都开启了回抽选项。在下面的几个章节中，我们将探讨这个重要的回抽设置，也会探讨其他几个处理拉丝问题的设置，例如，挤出机温度设置。,1.回抽距离回抽最重要的设置，是回抽距离。它决定了多少塑料，会从喷嘴拉回。一般来说，从喷嘴中拉回的塑料越多，喷嘴移动时，越不容易垂料。大多数直接驱动的挤出机，只需要 0.5到 2.0mm 的回抽距离，然后一些波顿（Bowden）挤出机，可能需要高达 15mm 的回抽距离，因为挤出机
37、驱动齿轮和热喷嘴之间的距离更大。如果你的打印件出现拉丝问题，试试增加回抽距离，每次增加 1mm，观察改善情况。2.回抽速度下一个回抽相关的设置，是回抽速度。它决定了线材从喷嘴抽离的快慢。如果回抽太慢，塑料将会从喷嘴中垂出来，进而在移动到新的位置之前，就开始泄漏了。如果回抽太快，线材可能与喷嘴中的塑料断开，甚至驱动齿轮的快速转动，可能刨掉线材表面部分。有一个围，回抽效果比较好，介于 1200-6000mm/min(20-100mm/s).庆幸的是，Simplify3D 已经提供了一些内置的默认配置，使你有一个良好的起点，来确定多大的回抽速度，效果最好。但是，最理想的值，需根据实际你使用的材料。所
38、以，你需要做试验，来确定不同的速度，是否减少了拉丝量。,3.温度太高如果你已经检查了回抽设置，下一个最常见的，导致拉丝问题的因素是挤出机温度。如果温度太高，喷嘴中的塑料，会变成非常粘稠，进而更容易从喷嘴中流出来。然后，如果温度太低，塑料会保持较硬状态，而难以从喷嘴中挤出来。如果你觉得你的回抽设置是正确的，但是出现这个问题，试试降低挤出机温度，降 5 到 10 度。这将对最后的打印质量，有明显的影响。通过点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”， 打开“ 温度（Temperature ）标签页”，你可以做调整。从列表中，选择相应的挤出机，在你想修改的温度值上双击。4.
39、悬空移动距离太长如上面我们探讨的，拉丝发生在挤出机，在两个不同的位置间移动。在移动过程中，塑料从喷嘴中垂下来。移动距离的大小，对拉丝的产生，有很大的影响。短程移动足够快，料没有时间从喷嘴中重落下来。然后，大距离的移动，更有可能导致拉丝。庆幸的是Simplify3D 包含了一个非常有用的特性，来使移动路径尽可能小。软件非常智能，能自动调整移动路径，来保证喷嘴悬空移动的距离非常小。,事实上，在多数时候，软件都可以找到能合适的路径，来避免一口气悬空移动很远。这意味着，没有拉丝的可能性，因为喷嘴一直在实心的塑料上方，而且不会移动到打印件外部。要使用这个特性，点击“高级（Advanced ）标签页”，开
40、启“避免移动超出轮廓”的选项。效果示意图如图7-28所示。,图7-28 示意图,7.5.8过热,从挤出机挤出的塑料，至少有 190 到 240 摄氏度。当塑料仍然是热的，它仍然是柔软的，可以轻易地塑造成不同的形状。然后，当它冷却后，它迅速变成固体，并且定型。你需要在温度和冷却之间取得正常的平衡，进而塑料能顺利地从喷嘴中流出，但又能迅速凝固成，以获得打印件尺寸的精度。如果未能达到平衡，你会遇到一些打印质量问题，打印件的外型不精准，跟你期望的不一样。如图所示，金字塔顶部挤出的线材，没能尽快冷却定型。下面的章节，将排查几种常见的导致过热的情况，及如何避免。,1.散热不足最常见的导致过热的原因，是塑料
41、能没及时冷却。冷却缓慢时，塑料很容易被改变形状。对于多塑料来说，快速冷却已经打印的层，来防止它们变形，是比较好的。如果你的打印上，有冷却风扇，试着增加风扇的风力来使塑料冷却更快。点击“修改切片设置（ Edit ProcessSettings）”，打开“冷却（Cooling ）标签页”，你可以做相应设置。只需要简单地双你需要修改的风扇的控制点。这个额外的冷却，有助于塑料成型。如果你的打印机，没有完整的冷却风扇，你可能需要试着安装一个自己配的风扇，或者使用手持风扇来加快层的冷却。2.打印温度太高如果你已经使用了冷却风扇，但仍然有问题，你可能需要试着降低打印温度。如果塑料以低一些的温度从喷嘴中挤出，
42、它将可能更快地凝固成型。试着降低打印温度 5 到 10 度，来看效果。你可以点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“温度（Temperature ）标签页”，做相应设置。只需要简单地双击你需要修改的温度的控制点。注意，不要降温太多，以致于塑料不够热，而无法从喷嘴细小的孔中挤出。,3.打印太快如果你打印每个层都非常快，可能导致没有足够的时间，让层正确地冷却，却又开始在它上面打印新的层了。在打印小模型时，这特别重要，因为每层只有很少的时间来打印。甚至有冷却风扇时，为这些很小的层，你仍然需要降低打印速度，来确保有足够的时间让层凝固。庆幸的事，Simplify3D
43、有一个非常简单的选项，来处理这个问题。如果你点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“冷却（Cooling ）标签页”，你会看到“速度重写（Speed Overrides）”的设置项。这个设置项，是用来，在打印小的层时，自动降低速度，以确保在开始打印下一层时，它们有足够多的时间冷却和凝固。例如，如果你允许，在打印时间少于 15 秒的层时，软件调整打印速度，程序会为这些小层，自动降低打印速度。对于解决高热问题，这是一个关键的特性。,4.当以上这些办法都无效时，试试一次打印多个打印件如果你已经尝试了以上 3 个办法，但仍然在冷却方面有问题，有另一种办法，你可以试一
44、下。将你要打印的模型复制一份（编辑复制/粘贴（(Edit Copy/Paste），或者导入另一个可以同时打印的模型。通过同时打印两个模型，你能为每个模型，提供更多冷却时间。喷嘴将需要移动到不同的位置，去打印第二个模型，这就提供了一个机会，让第一个模型冷却。这很简单，但却是一个很有效的策略，来解决过热的问题。过热现象效果图如图7-29所示。,图7-29 效果图,7.5.9层错位,多数 3D 打印机，使用开环控制系统。直白地说，它们没有关于喷头实际位置信息反馈。打印机只是简单地尝试移动喷头到某个位置，然后希望它能到达那儿。多数时候，这样是可行的，因为驱动打印机的步进电机是非常有力的，不会有巨大的负
45、载来阻止喷头移动。然后，如果出现了问题，打印机将没有办法发现它。例如，在打印的时候，你突然撞击你的打印机，你可能导致喷头移动到一个新的位置。机器没有反馈来识别这种情况。所以，它会继续打印，好像什么事也没发生一样。如果你发现打印机中的层错位了，它可能是因为下面列出的原之一导致的,1.喷头移动太快如果你以一个很高的速度打印，3D 打印机的电机将尽力支持。如果你尝试以更快的速度打印，以至于超过了电机能承受的范围，你通常会听到咔咔的声音，电机没法转动到预的位置。此种情况下，接下来的打印的层，会与之前打印的所有层错位。如果你觉得你的打印机打印太快了，试着降低 50%的打印速度，来看是否有帮助。你可以点击
46、“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“其他（Other ）标签页”，来设置。同时调整“默认打印速度”和“X/Y 轴移动速度”。默认打印速度，决定了挤出头挤出塑料时的速度。“X/Y轴移动速度”决定打印头空程时的移动速度。如果这些速度任意一个太快，都有可能导致错位。如果你愿意调整更多高级设置，你也可以考虑降低你打印机固件中的加速度设置，使加速和减速更加平缓。,2.机械或电子问题如果降低了速度，错位问题还一直出现，那就有可能你的打印机存在机械或电子问题。例如，多数 3D 打印机使用同步带来做电机传动，以控制喷头的位置。同步带一般是橡胶成，再加某种纤维来增强。使用时间
47、一长，同步带可能会松弛，进而影响同步带带位喷头的张力。如果张力不够，同步带可能在同步轮上打滑，这意味着同步轮转动了，但同步带没有动。如果同步带原本安装得太紧，也会导致问题。过度绷紧的同步带，会使轴承间产生过的摩擦力，从而阻碍电机转动。理想的情况是，皮带足够紧，防止打滑，但又不太紧，以致阻碍系统运行。如果你在处理错位问题，你需要确认所有同步带的张力是合适的，没有太松或太紧。如果你觉得可能有问题，请与打印机提供商沟通，以便知道如何调整皮带张力。多数 3D 打印机，都包括一系列的同步带，驱动同步带的同步轮，使用一个止付螺丝（也称顶丝）来固定到电机上。这种顶丝将同步轮锁紧在电机的轴上，这样二者可以同步
48、旋转。因此，如果顶丝松动了，同步轮不再与电机轴一同旋转。这意味着，可能电机在旋转，而同步轮和同步带却没有运动。,这种情况下，喷头也不会到达预期的位置，进而导致接下来的所有层错位。所以，如果层错位了的问题，重复出现，你需要确认一下，所有电机上的紧固件都已经上紧了。还有另外一些常见的电子方面的问题，导致电机失步。例如，如果电机的电流不足，电机将没有足够的力矩转动。也可能是电机驱动板过热，这会导致电机间歇性地停止转动，直到电路冷却下来。然而这不是一个详尽的列表，它只是提供一了些，当错位问题一直重现时，你可以需要检查的，常见的电子或机械方面的建议。效果图如图7-30所示。,图7-30 层错位效果图,7
49、.5.10层开裂或断开,3D 打印通过一次打印一层来构建模型。每个后续的层，都是打印在前一个层上，最后构建出想要的 3D 形状。然后，为了使最后的打印件结实可靠，你需要确保每层充分地与它下面的层粘合。如果层与层之间不能很好地粘合，最后打印件可能开裂或断开。1.层高太高多数 3D 打印机喷嘴直径都在 0.3 到 0.5mm 之间。塑料从这个很小的孔中挤出，形成非常细的挤丝，进而构建细节丰富的打印件。然而，这些小喷嘴，也导致层高的限制。当你在一层上打印另一层塑料，你需要确保新的层，被挤压到下面那层上，从而两层可以粘合在一起。一般来说，你需要确保你选择的层高比喷嘴直径小 20%。例如，如果你的喷嘴直
50、径是0.4mm，你使用的层高不能超过 0.32mm，否则每层上的塑料将无法正确地与它下面的层粘合。所以，如果你发现打印件开裂，层与层之间没能粘合在一起，首先你需要检查的是，层高与喷嘴直径是匹配的。,2.打印温度太低相比冷的塑料，热的塑料，总是能更好地粘合在一起。如果你发现，层与层之间不能很好粘合，并且你能确定层高设置没有太高，那么可能是你的线材，需要以更高的温度来打印，以便更好地粘合。例如，如果你尝试在 190 摄氏度时，打印 ABS 塑料，你可能会发现，层与层之间很容易分开。这是因为 ABS 一般需要在 220 到 235 摄氏度时打印，以便使层与层与有力地粘合。所以如果你觉得可能是这个问题
