前言：作为本次3D打印实验的执行人，我们在过程中收获良多。本文旨在从有限的经验和经历出发，分享一下使用相关3D打印设备的心得。另外特别感谢创想三维有限公司对于设备的赞助支持。

（放几张自己做的图片给大家养养眼）

1. 模型准备：

1.1   模型设计：

鉴于我们使用的是民用版本3D打印设备，其打印精度并不是非常高。所以在准备模型时有必要省去一些较小的细节。同时，为了节省材料和打印时间，尽量将模型设计为“上小下大”的形状，高度上尽可能降到最低。这样设计将会最大程度节省原料用量，同时避免脱模时候的麻烦。

同时，值得注意的是，打印机在挤出融化的原料并在面板上成型时，原料尚未冷却时会在重力作用下下坠。打印出来的成品对比原始模型会显得扁平。在设计模型时候，故需尽量留出设计余量。

1.2   模型的切分：

使用本设备需要对模型进行切分处理：从原始的模型文件生成打印机能够识别的.gcode文件。

第一次安装Creality Slicer请遵照使用手册进行安装和数值设定。

导入文件的格式如图所示，对于建模软件没有要求，任何取得许可的模型、通过自己建模得到的模型都可以进行导入，导入的文件需要以下格式：

切分软件使用的是同一公司提供的切分软件Creality Slicer，这是一款基于Python编码的模型切分程序。因为3D打印本身是利用材料进行层叠铺设，所以需要对每一层3D打印作业的工序进行编码，

当设计结束后，将.gcode文件，保存到SD卡中，因为本设备只有一个读取SD卡的接口。文件名只能由字母、数字和空格构成。

  打印机的工程文件储存在SD卡或者TF卡中，没有热插拔功能，在电脑上保存好文件之后请务必安全退出再拔出SD卡。

2.      打印作业：

2.1   3D打印机介绍：

3D打印作为新兴制造方式，在制造业中被广泛运用于模型设计、模具制造等方面。和传统制造工艺在原料上做减法：即去除不需要的部分达到成型的要求不同，3D打印技术在制造过程中做加法，一次一层地制造产品。具有设计自由度高、精度高、原料利用率高、可循环利用等优点。同时，作为新兴的无模具制造方式，3D打印机在模型制作方面也可以一展拳脚，同时对于需要一体成型的产品，3D打印机也可以在不损害外部结构的情况下直接对内部结构进行加工。

本次实验使用了社团拥有的两款3D打印机中型号为“Ender-4”的机器，原理是热打印层叠。将原料(聚乳酸)注入喷嘴中融化，再将粘流态原料挤出喷嘴，在垫板上冷却凝固重新成型

机器的顶部有4个直流电机控制喷嘴在水平方向的移动。台架的下半部分布设了一台供料电机和一台控制平台下降的电机以及集成电路。值得注意的是，该款3D打印机通过移动平台高度改变和喷嘴之间的距离，从而通过层叠方式进行打印作业。

因为电机本身质量的缺陷，该打印机的精度不足。可以看出，电机的震颤一直在影响成品的精细程度。另外，打印机只有一个喷嘴，制造所花费的时间较长。

2.2   打印原料介绍：

聚乳酸（英语：Polylactic Acid或Polylactide，缩写：PLA），是一种热塑性脂肪族聚酯。生产聚乳酸所需的乳酸或丙交酯（英文：Lactide）可以通过可再生资源发酵、脱水、纯化后得到，所得的聚乳酸一般具有良好的机械和加工性能，而聚乳酸产品废弃后又可以通过各种方式快速降解。

聚乳酸的熔点、耐热性、机械性能、加工性能都与其结晶度有关，而影响其结晶度的最主要因素是原料中L-乳酸和D-乳酸的配比。如果原料是纯的L-乳酸或者纯D-乳酸，则所得的聚L-乳酸（简称PLLA）是高结晶性聚合物，聚D-乳酸（简称PDLA）是半结晶聚合物。聚L-乳酸的结晶度大概是37%，其玻璃化转变温度大约是65°C，熔点是180°C，拉伸模量大约为3-4GPa，弯曲模量大约为4-5GPa。 [1]

从以上知识不难看出，如果要使用PLA进行打印作业，打印机的工作温度应该在180℃以上，当材料从喷嘴中挤出之后，应当尽快冷却到65℃以下，否则就有形变的可能。

相较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剂是氯仿。除此之外，聚乳酸可溶于氯化溶剂、热苯、四氢呋喃和1,4-二𫫇烷[2]，但不溶于水、乙醇和大多数脂肪烃溶剂[3]。

2.3   准备步骤：

注：本指南不作为最终操作指南，请根据打印机使用说明书操作，仅针对创想三维公司有限公司生产的Ender-4机型进行简单技术指导。

~  按照说明书组装好机器之后，将机器置于水平表面。

~  检查电源，排除漏电断电故障。断电会造成打印中断且不能恢复。

~  打开电源，屏幕上会显示打印机现在的状态。第一行数据为喷嘴和底板温度，第二行为位置数据。

~  按动旋钮，打开菜单Prepare界面，将喷嘴归位。Auto Home

~  旋动底板下方支柱的螺栓，向上升起底板直到于喷嘴接触。要求喷嘴和底板之间距离为0.02mm。在垫板上垫一张A4纸，然后在prepare菜单下找到auto leveling，一直点击next，看到喷嘴在纸面刚好划出明显连续划痕后停止。重新复位喷嘴。

~  捏住机器后方进料口弹簧，插入条状原料至喷嘴处，夹紧弹簧。

~  选择Prepare菜单，选择Preheat PLA选项进行预热，等待喷嘴温度达到185℃

~  确保喷头没有异物，如果有异物使用工具剔除，不要用手！重复一遍，不要用手！185℃一烫一个燎泡！（UP手上已经有两个快好了的水泡了）

~  打印开始前，请在垫板表面涂抹脱模剂（本次使用的是水溶性固体胶）

3.      开始打印：

~  选择Print From SD

~  找到需要打印的条目，选中开始打印即可。

~  注意通风和个人防护，PLA本身无毒，但打印过程中仍然会有异味产生，请保证自身安全。

~  分层程序生成的模型是镂空网状结构，形状类似华夫饼。另外因为悬空的部分可能会发生软化下坠的问题，所以会在悬空的部分打印出支架，这部分材料会被切除，造成不必要的浪费，也容易损坏模型本身。因此需要在生成文件的设计中尽量规避相关问题。

~  替换耗材时候请注意以下几点：

~  在耗材尾端全部进入胶管前就应当开始替换，否则卡在送料管中无法取出会影响后面的打印作业。

~  替换耗材请暂停打印作业。

~  将剩余耗材趁热尽快从送料管中抽出，然后送入新的耗材，轻轻用力直到喷嘴微微出料。

~  恢复打印作业即可

4.      脱模与后期：

4.1   脱模工作：

工业上脱模一般是指模型和模具之间分离的过程，一般会使用到脱模剂或称离型剂。一般来说，这是一种在将合成树脂、合成橡胶等成型之前，涂于模具上的处理加工助剂，防止合成树脂、合成橡胶等粘在模具上，并易于脱离模具，使模具表面无残留物质，加快生产进度的手段。

在3D打印操作之前，往往须在底板上涂上一层薄薄的脱模剂，本次打印作业中采用的是水溶性固体胶，可以稍微确保打印出来的底座和垫板连接。

这里需要注意，残留的PLA会在底板上造成不平整的突起，从而影响将来打印作业的精度。脱模过程中切忌用力按压底板，造成的塑性形变会永久损害打印机精度。

在本次打印作业的过程中，我们利用PLA的性质进行快速、无残留的脱模。这里介绍一种方法供大家参考：

PLA的玻璃化转变温度（Glass Transition Temperature）为65℃，低于此温度时，PLA的硬度将会极大提升。故打印作业后，将垫板冷却到室温并静置一段时间（例如一夜），这个过程将会重构模型本身的结构，使得模型和底板相互分离。由于模型在室温下已经硬化，此时直接脱模会造成很大的困难，因此我们使用电吹风重新局部加热模型，使得模型温度接近70摄氏度，通过玻璃化转变温度。然后使用钝铲从模型底座的四角轻轻慢慢撬动。重复几次就会完成脱模工作。

4.2   后期工作：

前文提到过，模型上必然有支架结构，打印机会自动布置和一个稍大的底座。这些多余的结构将会对我们模型后期组装或者处理造成困难，因此我们要使用工具对这些支架进行去除。除开本身操作的安全注意事项，也要注意不要伤害到模型本身。

底座的分离相对简单，底座和模型本身由一层织网相互隔绝，这个部分强度较低，轻松撕下就可以分离相关结构。

Ø  PLA常温下的拉伸模量大约为3-4GPa，弯曲模量大约为4-5GPa。因此可知该材料的性质较为柔软，更多的使用钳子和剪刀就可以完成拆卸。

Ø  PLA具有相对疏水性，易溶于氯仿等氯化溶剂，在后期拼装和喷漆上色等过程中注意不要使用相关溶剂的原料，长期存放请注意避免阳光直射造成聚合物变性。

Ø  PLA是一种可生物降解材料，也是一种热塑性聚合物。多余的废料请收集起来分类存放。长期存放需要避免发霉的生物侵害。

5.  参考资料：

[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. 附录：

在本次打印作业之后，另有社员进行了3D打印作业，不过他的作品实在是有些惨不忍睹就不放图片上来了，感兴趣的话可以考虑去看下他的作品：

我部没有光固化打印设备，那种设备的价格过于高昂。如果有很多镂空结构确实推荐光固化打印，使用粉末耗材那种……不过那种机器UP只在工厂中见过一次，还是很早年前刚出现3D打印机的年代。

广东以色列理工学院 创想3D打印社

社长：Lyri-Kvnero

总执行人：Chikaspigeon 煙desu

特别协作：没有什么问题的神奇人物 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 改讫

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