前言：作為本次3D打印實驗的執(zhí)行人，我們在過程中收獲良多。本文旨在從有限的經(jīng)驗和經(jīng)歷出發(fā)，分享一下使用相關(guān)3D打印設(shè)備的心得。另外特別感謝創(chuàng)想三維有限公司對于設(shè)備的贊助支持。

（放幾張自己做的圖片給大家養(yǎng)養(yǎng)眼）

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1. 模型準備：

1.1?? 模型設(shè)計：

鑒于我們使用的是民用版本3D打印設(shè)備，其打印精度并不是非常高。所以在準備模型時有必要省去一些較小的細節(jié)。同時，為了節(jié)省材料和打印時間，盡量將模型設(shè)計為“上小下大”的形狀，高度上盡可能降到最低。這樣設(shè)計將會最大程度節(jié)省原料用量，同時避免脫模時候的麻煩。

同時，值得注意的是，打印機在擠出融化的原料并在面板上成型時，原料尚未冷卻時會在重力作用下下墜。打印出來的成品對比原始模型會顯得扁平。在設(shè)計模型時候，故需盡量留出設(shè)計余量。

1.2?? 模型的切分：

使用本設(shè)備需要對模型進行切分處理：從原始的模型文件生成打印機能夠識別的.gcode文件。

第一次安裝Creality Slicer請遵照使用手冊進行安裝和數(shù)值設(shè)定。

導入文件的格式如圖所示，對于建模軟件沒有要求，任何取得許可的模型、通過自己建模得到的模型都可以進行導入，導入的文件需要以下格式：

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切分軟件使用的是同一公司提供的切分軟件Creality Slicer，這是一款基于Python編碼的模型切分程序。因為3D打印本身是利用材料進行層疊鋪設(shè)，所以需要對每一層3D打印作業(yè)的工序進行編碼，

當設(shè)計結(jié)束后，將.gcode文件，保存到SD卡中，因為本設(shè)備只有一個讀取SD卡的接口。文件名只能由字母、數(shù)字和空格構(gòu)成。

? 打印機的工程文件儲存在SD卡或者TF卡中，沒有熱插拔功能，在電腦上保存好文件之后請務(wù)必安全退出再拔出SD卡。

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2.????? 打印作業(yè)：

2.1?? 3D打印機介紹：

3D打印作為新興制造方式，在制造業(yè)中被廣泛運用于模型設(shè)計、模具制造等方面。和傳統(tǒng)制造工藝在原料上做減法：即去除不需要的部分達到成型的要求不同，3D打印技術(shù)在制造過程中做加法，一次一層地制造產(chǎn)品。具有設(shè)計自由度高、精度高、原料利用率高、可循環(huán)利用等優(yōu)點。同時，作為新興的無模具制造方式，3D打印機在模型制作方面也可以一展拳腳，同時對于需要一體成型的產(chǎn)品，3D打印機也可以在不損害外部結(jié)構(gòu)的情況下直接對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行加工。

本次實驗使用了社團擁有的兩款3D打印機中型號為“Ender-4”的機器，原理是熱打印層疊。將原料(聚乳酸)注入噴嘴中融化，再將粘流態(tài)原料擠出噴嘴，在墊板上冷卻凝固重新成型

機器的頂部有4個直流電機控制噴嘴在水平方向的移動。臺架的下半部分布設(shè)了一臺供料電機和一臺控制平臺下降的電機以及集成電路。值得注意的是，該款3D打印機通過移動平臺高度改變和噴嘴之間的距離，從而通過層疊方式進行打印作業(yè)。

因為電機本身質(zhì)量的缺陷，該打印機的精度不足?？梢钥闯觯姍C的震顫一直在影響成品的精細程度。另外，打印機只有一個噴嘴，制造所花費的時間較長。

2.2?? 打印原料介紹：

聚乳酸（英語：Polylactic Acid或Polylactide，縮寫：PLA），是一種熱塑性脂肪族聚酯。生產(chǎn)聚乳酸所需的乳酸或丙交酯（英文：Lactide）可以通過可再生資源發(fā)酵、脫水、純化后得到，所得的聚乳酸一般具有良好的機械和加工性能，而聚乳酸產(chǎn)品廢棄后又可以通過各種方式快速降解。

聚乳酸的熔點、耐熱性、機械性能、加工性能都與其結(jié)晶度有關(guān)，而影響其結(jié)晶度的最主要因素是原料中L-乳酸和D-乳酸的配比。如果原料是純的L-乳酸或者純D-乳酸，則所得的聚L-乳酸（簡稱PLLA）是高結(jié)晶性聚合物，聚D-乳酸（簡稱PDLA）是半結(jié)晶聚合物。聚L-乳酸的結(jié)晶度大概是37%，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約是65°C，熔點是180°C，拉伸模量大約為3-4GPa，彎曲模量大約為4-5GPa。 [1]

從以上知識不難看出，如果要使用PLA進行打印作業(yè)，打印機的工作溫度應該在180℃以上，當材料從噴嘴中擠出之后，應當盡快冷卻到65℃以下，否則就有形變的可能。

相較其他生物可降解材料，聚乳酸具有部分疏水性。聚乳酸和聚乳酸的共聚物的最佳溶劑是氯仿。除此之外，聚乳酸可溶于氯化溶劑、熱苯、四氫呋喃和1,4-二??烷[2]，但不溶于水、乙醇和大多數(shù)脂肪烴溶劑[3]。

2.3?? 準備步驟：

注：本指南不作為最終操作指南，請根據(jù)打印機使用說明書操作，僅針對創(chuàng)想三維公司有限公司生產(chǎn)的Ender-4機型進行簡單技術(shù)指導。

~? 按照說明書組裝好機器之后，將機器置于水平表面。

~? 檢查電源，排除漏電斷電故障。斷電會造成打印中斷且不能恢復。

~? 打開電源，屏幕上會顯示打印機現(xiàn)在的狀態(tài)。第一行數(shù)據(jù)為噴嘴和底板溫度，第二行為位置數(shù)據(jù)。

~? 按動旋鈕，打開菜單Prepare界面，將噴嘴歸位。Auto Home

~? 旋動底板下方支柱的螺栓，向上升起底板直到于噴嘴接觸。要求噴嘴和底板之間距離為0.02mm。在墊板上墊一張A4紙，然后在prepare菜單下找到auto leveling，一直點擊next，看到噴嘴在紙面剛好劃出明顯連續(xù)劃痕后停止。重新復位噴嘴。

~? 捏住機器后方進料口彈簧，插入條狀原料至噴嘴處，夾緊彈簧。

~? 選擇Prepare菜單，選擇Preheat PLA選項進行預熱，等待噴嘴溫度達到185℃

~? 確保噴頭沒有異物，如果有異物使用工具剔除，不要用手！重復一遍，不要用手！185℃一燙一個燎泡！（UP手上已經(jīng)有兩個快好了的水泡了）

~? 打印開始前，請在墊板表面涂抹脫模劑（本次使用的是水溶性固體膠）

3.????? 開始打?。?/p>

~? 選擇Print From SD

~? 找到需要打印的條目，選中開始打印即可。

~? 注意通風和個人防護，PLA本身無毒，但打印過程中仍然會有異味產(chǎn)生，請保證自身安全。

~? 分層程序生成的模型是鏤空網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形狀類似華夫餅。另外因為懸空的部分可能會發(fā)生軟化下墜的問題，所以會在懸空的部分打印出支架，這部分材料會被切除，造成不必要的浪費，也容易損壞模型本身。因此需要在生成文件的設(shè)計中盡量規(guī)避相關(guān)問題。

~? 替換耗材時候請注意以下幾點：

~? 在耗材尾端全部進入膠管前就應當開始替換，否則卡在送料管中無法取出會影響后面的打印作業(yè)。

~? 替換耗材請暫停打印作業(yè)。

~? 將剩余耗材趁熱盡快從送料管中抽出，然后送入新的耗材，輕輕用力直到噴嘴微微出料。

~? 恢復打印作業(yè)即可

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4.????? 脫模與后期：

4.1?? 脫模工作：

工業(yè)上脫模一般是指模型和模具之間分離的過程，一般會使用到脫模劑或稱離型劑。一般來說，這是一種在將合成樹脂、合成橡膠等成型之前，涂于模具上的處理加工助劑，防止合成樹脂、合成橡膠等粘在模具上，并易于脫離模具，使模具表面無殘留物質(zhì)，加快生產(chǎn)進度的手段。

在3D打印操作之前，往往須在底板上涂上一層薄薄的脫模劑，本次打印作業(yè)中采用的是水溶性固體膠，可以稍微確保打印出來的底座和墊板連接。

這里需要注意，殘留的PLA會在底板上造成不平整的突起，從而影響將來打印作業(yè)的精度。脫模過程中切忌用力按壓底板，造成的塑性形變會永久損害打印機精度。

在本次打印作業(yè)的過程中，我們利用PLA的性質(zhì)進行快速、無殘留的脫模。這里介紹一種方法供大家參考：

PLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Glass Transition Temperature）為65℃，低于此溫度時，PLA的硬度將會極大提升。故打印作業(yè)后，將墊板冷卻到室溫并靜置一段時間（例如一夜），這個過程將會重構(gòu)模型本身的結(jié)構(gòu)，使得模型和底板相互分離。由于模型在室溫下已經(jīng)硬化，此時直接脫模會造成很大的困難，因此我們使用電吹風重新局部加熱模型，使得模型溫度接近70攝氏度，通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。然后使用鈍鏟從模型底座的四角輕輕慢慢撬動。重復幾次就會完成脫模工作。

4.2?? 后期工作：

前文提到過，模型上必然有支架結(jié)構(gòu)，打印機會自動布置和一個稍大的底座。這些多余的結(jié)構(gòu)將會對我們模型后期組裝或者處理造成困難，因此我們要使用工具對這些支架進行去除。除開本身操作的安全注意事項，也要注意不要傷害到模型本身。

底座的分離相對簡單，底座和模型本身由一層織網(wǎng)相互隔絕，這個部分強度較低，輕松撕下就可以分離相關(guān)結(jié)構(gòu)。

?? PLA常溫下的拉伸模量大約為3-4GPa，彎曲模量大約為4-5GPa。因此可知該材料的性質(zhì)較為柔軟，更多的使用鉗子和剪刀就可以完成拆卸。

?? PLA具有相對疏水性，易溶于氯仿等氯化溶劑，在后期拼裝和噴漆上色等過程中注意不要使用相關(guān)溶劑的原料，長期存放請注意避免陽光直射造成聚合物變性。

?? PLA是一種可生物降解材料，也是一種熱塑性聚合物。多余的廢料請收集起來分類存放。長期存放需要避免發(fā)霉的生物侵害。

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5.? 參考資料：

[1] anjay Kumar Sharma, Ackmez Mudhoo, James H. Clark. A Handbook of Applied Biopolymer Technology: Synthesis, Degradation and Applications. Royal Society of Chemistry. 2011: 159-160.

[2] Donald Garlotta.?A Literature Review of Poly(Lactic Acid). Journal of Polymers and the Environment. 2001,?9?(2)?[2013-08-26].

[3] Sina Ebnesajjad. handbook of biopolymer and Biodegradable Plastics. William Andrew.

6. 附錄：

在本次打印作業(yè)之后，另有社員進行了3D打印作業(yè)，不過他的作品實在是有些慘不忍睹就不放圖片上來了，感興趣的話可以考慮去看下他的作品：

我部沒有光固化打印設(shè)備，那種設(shè)備的價格過于高昂。如果有很多鏤空結(jié)構(gòu)確實推薦光固化打印，使用粉末耗材那種……不過那種機器UP只在工廠中見過一次，還是很早年前剛出現(xiàn)3D打印機的年代。

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廣東以色列理工學院 創(chuàng)想3D打印社

社長：Lyri-Kvnero

總執(zhí)行人：Chikaspigeon?煙desu

特別協(xié)作：沒有什么問題的神奇人物 Mr_VL

文案：Lyri-Kvnero Chikaspigeon

2021年3月11日 2:22 一稿

2021年3月12日 14:53 改訖

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