簡(jiǎn)介

零件如何擺放對(duì)3D打印零件的質(zhì)量是有顯著影響的，這一點(diǎn)也與同傳統(tǒng)減材工藝不太一樣， 也往往被工程師和設(shè)計(jì)師忽略。魔猴網(wǎng)在這里跟大家主要討論擺放方向?qū)τ诹慵木龋蛴r(shí)間，強(qiáng)度和表面成型質(zhì)量的影響，樹立擺放方向是影響打印質(zhì)量的重要因素的理念。

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擺放方向的重要性

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1、零件精度

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假設(shè)我們需要打印一個(gè)管狀體（中間帶孔的圓柱體），如果把圓柱面作為底面擺放，與圓柱面垂直的方向?yàn)?/span>Z方向，3D打印機(jī)只需要打印一層接一層的圓環(huán)，后一層幾乎可以完美疊加到前一層，這樣打印完畢后會(huì)得到一個(gè)有著比較精準(zhǔn)圓環(huán)和幾乎光滑的外表面。如果把這個(gè)管狀體旋轉(zhuǎn)90度，底面變?yōu)閳A柱的弧形面再來(lái)3D打印，雖然打印還是同一個(gè)物品，但從這個(gè)方向打印，3D打印機(jī)需要打印一層層寬度不斷變化的矩形，一層層疊加起來(lái)，層紋會(huì)比較嚴(yán)重，而且底面和中間圓孔都有可能產(chǎn)生支撐，造成圓孔和底面變形，影響最終產(chǎn)品的精度。

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由此可見，不同的擺放方向?qū)τ诖蛴×慵木仁怯斜容^大的影響。

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圖1 同樣的圓環(huán)體零件，不同的擺放方向打印（左：垂直；右：水平）

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2、打印時(shí)間

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零件的擺放方向?qū)τ诖蛴r(shí)間的影響也是非常顯著。

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還以上面的管狀物零件來(lái)舉例，水平方向打印比垂直方向打印花費(fèi)的時(shí)間要少很多，主要是因?yàn)榇蛴訑?shù)大幅減少。假設(shè)打印層厚設(shè)置為0.1 mm, 圓柱體外徑10mm，高30 mm，水平打印只需要打印100層，而垂直打印需要打印300層，打印時(shí)間會(huì)增加一倍多，擺放方向?qū)τ诖蛴r(shí)間的影響非常大，很多時(shí)候直接決定了打印時(shí)長(zhǎng)。

?3、零件強(qiáng)度

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一些3D打印工藝會(huì)有各向異性的問題，特別是FDM工藝，XY平面方向的強(qiáng)度會(huì)和Z方向的強(qiáng)度不一樣，

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對(duì)于一些功能件或者承力件，承受力的方向和大小很重要，FDM打印的零件如果在Z方向受到了拉伸力會(huì)比較容易產(chǎn)生分層或者斷裂的問題，同樣的力應(yīng)用到XY方向則可能沒有問題。根據(jù)一些公開的測(cè)試報(bào)告， XY方向承受拉伸力的強(qiáng)度有可能是Z軸方向的5倍。 因此，擺放方向也可能對(duì)零件強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的影響，特別是對(duì)于需要承力的連接，在設(shè)計(jì)初和打印前需要考慮到。

圖2 3D打印材料的各向異性

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4、支撐材料

不同的擺放方向會(huì)需要不同的支撐，支撐越多，需要的打印時(shí)間越多，消耗的打印材料也越多，因而也很可能越貴。但是并不是說(shuō)支撐越多就越不好，很多時(shí)候是打印精度、打印成功率和打印成本之間的博弈。舉例來(lái)講，比方說(shuō)在SLA工藝?yán)锎蛴∫粋€(gè)類似紙張的薄片形零件，如果水平擺放，理論不需要支撐，但有可能因?yàn)椴牧鲜湛s率的問題，造成打印完成后翹曲；如果將此零件傾斜45度來(lái)打印，會(huì)產(chǎn)生比較多的支撐，但收縮的問題通過(guò)將應(yīng)力分散將極大緩解，打印成功率將會(huì)顯著提升。

5、表面質(zhì)量

一般來(lái)說(shuō)，直上直下或者平面的表面質(zhì)量比較高，曲面的弧度越大，表面紋理越明顯，擺放方向?qū)τ诓煌?/span>3D打印工藝各不相同：

對(duì)于FDM， 上表面會(huì)通過(guò)打印噴頭來(lái)平滑，下表面與平臺(tái)接觸，一般會(huì)呈現(xiàn)類似玻璃的高光表面，有支撐的地方會(huì)有支撐痕跡。

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對(duì)于SLA， 下表面會(huì)有支撐痕跡，需要后續(xù)打磨出料掉，上表面會(huì)比較光滑，也沒有支撐痕跡。

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對(duì)于SLS,3DP, SLM等基于粉末床的工藝，成型表面是磨砂的，而且一般下表面的顆粒度要比上表面要明顯。

對(duì)于Polyjet等噴射工藝，有支撐的面是亞光效果，沒有支撐的面是高光的（打印軟件里可通過(guò)全包支撐的方式來(lái)達(dá)到通體亞光的效果）。