3D打印機(jī)加工過(guò)程中出現(xiàn)誤差的原因分析

三維打印機(jī)在加工打印模型過(guò)程中存在一些誤差，大致分為3D打印機(jī)硬件軟件方面帶來(lái)的誤差和材料工藝帶來(lái)的誤差。研究誤差的來(lái)源及特點(diǎn)，有助于在設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)這些方面，從而得到較高精度的三維打印機(jī)。

三維打印機(jī)硬件結(jié)構(gòu)帶來(lái)的誤差

硬件結(jié)構(gòu)帶來(lái)的誤差是影響制件質(zhì)量和精度的原始誤差，在三維打印機(jī)的設(shè)計(jì)及制造時(shí)就應(yīng)當(dāng)盡量減小，這是提高加工質(zhì)量和精度的基礎(chǔ)。

工作臺(tái)沿Z方向運(yùn)動(dòng)的誤差：工作臺(tái)沿Z方向運(yùn)動(dòng)的誤差直接影響到層厚的精度，最終影響到Z方向上的尺寸精度。工作臺(tái)沿Z方向運(yùn)動(dòng)的誤差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致制件的形狀、位置等發(fā)生扭曲、錯(cuò)層等。因此Z方向工作臺(tái)的升降系統(tǒng)，尤其是絲桿螺母結(jié)構(gòu)需要有較高的精度和穩(wěn)定性。

X、Y方向傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差：X、Y方向上的掃描系統(tǒng)采用由電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步齒形帶，利用導(dǎo)軌導(dǎo)向，并帶動(dòng)噴頭運(yùn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)避免因同步帶的變形影響定位的精度。采用伺服電機(jī)開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，伺服電機(jī)的控制精度等和機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)都會(huì)影響噴射系統(tǒng)的性能。尤其在在換向階段，速度從某個(gè)值減為零，然后再反向加速到某個(gè)值，存在一定的慣性，噴頭在制件邊緣位置有可能超出設(shè)計(jì)尺寸范圍。此外在加工時(shí)，噴頭處于頻繁的加速減速過(guò)程中，在制件的邊緣位置噴頭的掃描速度較低，因此打印時(shí)間要稍長(zhǎng)一些，此外還應(yīng)當(dāng)注意加減速過(guò)程中的慣性力。

數(shù)據(jù)處理、軟件方面導(dǎo)致的誤差

前期數(shù)據(jù)處理對(duì)精度的影響：在使用三維打印機(jī)加工前，三維模型文件需要經(jīng)過(guò)文件數(shù)據(jù)處理后才能傳輸?shù)饺S打印機(jī)中，切片主要有兩種方法：STL文件切片方法和三維模型直接切片。三維模型直接切片具有數(shù)據(jù)量小、精度較高、處理時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但其需要復(fù)雜的CAD軟件環(huán)境。STL文件切片方法采用一系列小三角形來(lái)近似逼近三維模型的曲面。精度要求越高，劃分的小三角形就應(yīng)該越多。當(dāng)三維模型的表面有較多曲面時(shí)，不管精度設(shè)置有多高，都不能完全精確地逼近原始表面，都會(huì)產(chǎn)生逼近誤差。應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝條件和成形零件精度要求，選擇合適的STL文件精度。STL文件切片方法雖然有一些缺陷，但仍是主流的切片分層方法。在研究釆用STL文件切片分層的方法。

軟件系統(tǒng)分層處理對(duì)精度的影響：軟件系統(tǒng)的分層處理以STL文件為基礎(chǔ)，首先確定加工成形的方向，用一系列垂直于成形方向的平行平面，與STL文件相交截，得到的截面、交線再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后就生成了截面輪廓信息，其中相鄰平行平面之間的距離就是層厚。切片處理破壞了模型表面的連續(xù)性，還丟失了相鄰兩切片層之間的信息，導(dǎo)致沿分層方向上的表面精度誤差和尺寸誤差。

加工工藝帶來(lái)的誤差

三維打印成形過(guò)程對(duì)成形精度的影響：三維打印成形時(shí)，粘結(jié)劑與陶瓷粉末要經(jīng)過(guò)噴射、沉積、融合、固化等階段。材料自身特性和加工工藝都會(huì)影響到制件的成形精度。由于粘結(jié)劑粘結(jié)性能等原因，加工時(shí)制件可能會(huì)因發(fā)生變形而導(dǎo)致誤差。由于成形工藝等原因，制件內(nèi)部可能存在一些殘余應(yīng)力，減小成形時(shí)的殘余應(yīng)力，有利于提高成形精度。

后處理操作對(duì)成形精度的影響：制件在三維打印機(jī)上完成加工后，某些部位可能需要進(jìn)行打磨、修補(bǔ)、表面處理等后處理操作。此時(shí)制件的表面質(zhì)量、力學(xué)性能等還不能完全符合最終的要求，例如表面可能不光滑、尺寸不精確、某些小特征的結(jié)構(gòu)可能強(qiáng)度不足等。采用打磨、修補(bǔ)等手段可以提高制件表面質(zhì)量，表面涂覆可以提高其力學(xué)性能。在后處理過(guò)程中，若處理工藝不合適，會(huì)影響形狀精度、尺寸精度，產(chǎn)生后處理工藝的誤差。

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