孫昱放

（西安交通大學(xué)附屬中學(xué)，陜西 西安 710054）

家庭3D打印機(jī)維護(hù)與故障解決方法

孫昱放

（西安交通大學(xué)附屬中學(xué)，陜西 西安 710054）

家庭3D打印機(jī)在使用過(guò)程中比較容易出現(xiàn)各種機(jī)械故障或打印質(zhì)量下降等現(xiàn)象，使用者必須掌握一些3D打印機(jī)維修維護(hù)方法才能保證打印出完美的三維模型，更好地體驗(yàn)3D打印的樂(lè)趣。針對(duì)主要零部件包括打印平臺(tái)、打印噴頭、加熱器、冷卻風(fēng)扇、送絲機(jī)、皮帶、Z軸絲桿等的常見(jiàn)故障，基本涵蓋了3D打印機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的所有故障問(wèn)題及影響打印質(zhì)量的各種因素，詳細(xì)闡述了機(jī)械故障維修方法，并全部經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，簡(jiǎn)單易行便于操作，具有極強(qiáng)的實(shí)用性和參考性。

3D打印機(jī)維護(hù)；3D打印機(jī)故障；打印質(zhì)量；打印送絲

目前，隨著3D打印技術(shù)日漸成熟，生產(chǎn)廠家不斷增多，3D打印技術(shù)可以作為一項(xiàng)基礎(chǔ)的制造技術(shù)融入各個(gè)行業(yè)，同時(shí)進(jìn)入普通家庭。家用3D打印機(jī)主要是采用熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)，基于3D打印開源的技術(shù)理念，產(chǎn)生了各種形式和各種品牌的產(chǎn)品，并且還有自主進(jìn)行散件DIY組裝，可以更加近距離體驗(yàn)3D技術(shù)的神奇世界。在兩年的使用過(guò)程中，我的3D打印機(jī)出現(xiàn)了各種各樣的故障問(wèn)題，不斷地學(xué)習(xí)、查找和摸索中也積累了大量的維修經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在此把3D打印機(jī)使用過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題和解決方法總結(jié)出來(lái)，供大家參考。

一、打印材料

目前主流打印材質(zhì)主要有兩種，PLA（聚乳酸，可生物降解，無(wú)毒害）和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）。它們都是通過(guò)熔絲加工，將塑料絲原材料進(jìn)行加熱、塑性、冷卻，然后成型。

ABS材料更容易塑性，但會(huì)產(chǎn)生有害氣體。打印時(shí)需加熱到220度，更具流動(dòng)性地進(jìn)一步填滿噴嘴管，擠出比較通暢不容易堵住噴嘴。

PLA材料相比要更環(huán)保，打印時(shí)需加熱到200℃，但其塑性程度有限，不夠耐用，使噴嘴堵塞風(fēng)險(xiǎn)更大。有可能會(huì)出現(xiàn)鼓起的氣泡和膨脹，甚至被碳化，導(dǎo)致擠出不通暢。

每種材料都有它自己的特性，比如熔化溫度和出料速度，所以要確保打印機(jī)設(shè)置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)能支持你所使用的打印材料。作為家庭個(gè)人使用的3D打印機(jī)，建議采用PLA材料。

二、打印平臺(tái)

打印平臺(tái)不平會(huì)造成材料與平臺(tái)底板不容易黏合，第一層有時(shí)會(huì)無(wú)法打印，或打印幾層后發(fā)現(xiàn)翹邊現(xiàn)象，或者打完的模型拿不下來(lái)等。

首先要確立打印平臺(tái)與打印噴嘴的間隙，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)有影響。需要及時(shí)調(diào)整平臺(tái)高度，用一張紙來(lái)做一個(gè)快速檢測(cè)：將你的打印噴頭Z軸設(shè)置在打印第一層的位置，在打印噴頭噴嘴距離打印平臺(tái)距離大約就是一張紙的厚度，可以采用普通A4紙或廣告紙，把紙插入到打印平臺(tái)和噴頭之間，可以順利抽動(dòng)紙張，在平臺(tái)上取3個(gè)位置，調(diào)整每個(gè)位置的打印平臺(tái)，保證平臺(tái)與噴嘴的間隙距離。也可以這樣，前后左右移動(dòng)噴頭到打印平臺(tái)的4個(gè)角和中心，如果噴頭能自由移動(dòng)而不刮紙張，那么你的打印平臺(tái)基本上就調(diào)好了。

有些3D打印機(jī)的打印平臺(tái)帶有熱床，可以使首層更好地附著在打印平臺(tái)上。如果用PLA材料打印，則可以不用加熱的打印平臺(tái)，平臺(tái)上粘上一層美紋紙即可；如果用ABS材料打印，要確保將你的打印平臺(tái)預(yù)熱，預(yù)熱溫度越高越能防止ABS材料在打印過(guò)程中卷邊翹起。

打印平臺(tái)變形不平整，導(dǎo)致中間突出或凹陷，可以利用打印軟件，將所要打印模型底部加上平鋪層，或者在軟件設(shè)置中加大第一層厚度，都可以使模型更好地粘貼到平臺(tái)上。

三、打印噴頭

打印噴頭是最容易產(chǎn)生故障的地方，最常見(jiàn)的就是打印時(shí)不出絲，或者出絲量明顯不足，或產(chǎn)生斷層的問(wèn)題，當(dāng)然了這個(gè)現(xiàn)象也可能是其他部件的故障導(dǎo)致，遇到這種情況時(shí)，需要進(jìn)行具體分析，逐一排除。

1.首先要判斷一下是否是料盤的絲被纏繞卡住，是否是送絲機(jī)送絲不暢，還是打印頭噴嘴堵塞。

2.若是打印噴頭的噴嘴堵塞，要先加熱打印頭，先把原料從打印噴頭上取下（注意：打印材料拔出一定是在打印頭加熱情況下進(jìn)行的，不能冷卻狀態(tài)強(qiáng)行拔出，否則會(huì)導(dǎo)致堵塞更加嚴(yán)重）。使用小于噴嘴的小鉆頭或鋼絲疏通噴嘴，然后將噴頭溫度手動(dòng)調(diào)高，手動(dòng)往進(jìn)料喉管中擠壓絲材，使噴嘴正常出絲，接著拔出絲材，再次插入進(jìn)料喉管，稍等膠絲熔化后拔出，使半熔化的絲材將噴頭中的殘留物或堵塞物粘連帶出，反復(fù)這樣操作幾次直至出絲通暢。要注意不要將擠出頭溫度設(shè)置超過(guò)250℃，過(guò)高溫度可能導(dǎo)致材料燒焦炭化，堵死噴頭。

3.若噴頭堵死采用以上方法不能解決時(shí)，那需要拆開打印噴頭，取下噴嘴、加熱塊、四氟管和喉管等（拆卸時(shí)要注意喉管比較薄，不要強(qiáng)硬擰動(dòng)易損壞喉管，可以在加熱狀態(tài)下拆卸會(huì)比較容易，但是要小心不要燙到手），清理噴嘴及喉管處粘連的材料，冷卻后粘連的材料非常不好清理，尤其是螺紋的位置，這里我介紹一個(gè)簡(jiǎn)單方便的辦法，可以將噴嘴和喉管有粘連材料的部位用火燒一燒，將粘在上面的材料全部燃燒掉，然后擦凈喉管和噴嘴等零件，再重新安裝。

4.遠(yuǎn)程送絲的打印機(jī)有時(shí)會(huì)在噴頭快換接頭和喉管之間的間隙處出現(xiàn)堵塞，例如V5打印噴頭的結(jié)構(gòu)。因?yàn)楹砉軆?nèi)有聚四氟乙烯軟管，快換接頭連接送絲機(jī)過(guò)來(lái)的聚四氟乙烯軟管，兩個(gè)軟管之間有一段空隙，在絲材更換過(guò)程中，拔出的半融化的材料經(jīng)過(guò)此處時(shí)略有粘連，慢慢地粘連逐漸堆積最后導(dǎo)致半堵塞狀態(tài)，影響噴頭出絲效果。所以要盡量減小此處間隙?？梢栽陂g隙處也放一小段軟管，或直接采用直通頭，也就是一根送絲軟管直接插入到喉管內(nèi)部，不再分為兩段，都可以解決這個(gè)問(wèn)題。

另外，打印噴頭上的噴嘴一般是0.2mm～0.4mm，最常用的是0.4mm，使用時(shí)間長(zhǎng)之后會(huì)有磨損，需要及時(shí)更換。

四、噴頭加熱器

溫度不能達(dá)到設(shè)置要求，無(wú)法正常打印。這時(shí)要檢查看看加熱棒、溫度傳感器的引線，和板卡的接插有沒(méi)有接觸不良的問(wèn)題?；蛘吒鼡Q一個(gè)新的加熱棒進(jìn)行嘗試。

五、冷卻風(fēng)扇

風(fēng)扇是用來(lái)幫助打印頭散熱器更快的散熱，若降溫效果不好，會(huì)導(dǎo)致打印頭內(nèi)本應(yīng)是固體的部分絲材受熱變軟，無(wú)法有效地產(chǎn)生擠出力。一般配置的都是塑料材質(zhì)的小風(fēng)扇，使用時(shí)間長(zhǎng)后，風(fēng)扇有損壞或者出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡的震動(dòng)，帶動(dòng)打印頭發(fā)生震動(dòng)，會(huì)影響打印效果，若出現(xiàn)以上情況或風(fēng)力不足時(shí)，要及時(shí)更換新風(fēng)扇。

六、送絲機(jī)

送絲機(jī)擠出力的產(chǎn)生是彈簧的彈力使軸承夾和擠出電機(jī)上的銅齒輪將絲材緊緊夾住，擠出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銅齒輪通過(guò)摩擦力帶動(dòng)絲材前進(jìn)。而且擠出力通過(guò)絲材傳遞到噴嘴處，才能夠真正起到擠出作用。絲材在打印噴嘴處融化成液體，在細(xì)小的銅噴嘴管道中流動(dòng)，其本身的阻力就比較大，送絲機(jī)的擠出力仍然足以克服這個(gè)阻力，將耗材擠出才能完成打印動(dòng)作，可以看到飽滿的出絲效果。送絲機(jī)的回抽動(dòng)作可以使得打印過(guò)程中中斷出絲的效果，在不需要出絲的時(shí)候電機(jī)反轉(zhuǎn)抽絲產(chǎn)生的負(fù)壓，使得噴嘴口已經(jīng)融化的材料不會(huì)繼續(xù)流出，才能達(dá)到最佳的打印效果。最好能把塑料管的快換接頭換成全鋼的，增加對(duì)塑料管的固定強(qiáng)度，這樣瞬間回退時(shí)，聚四氟乙烯軟管不會(huì)與這個(gè)快換接頭有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，塑料快換接頭會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在回退料時(shí)都會(huì)有延時(shí)，會(huì)出現(xiàn)材料沒(méi)完全回退到位，打印頭就開始移動(dòng)，這樣打印的物件兩實(shí)體間，就容易產(chǎn)生細(xì)絲連接。

七、皮帶

3D打印機(jī)正常運(yùn)作的時(shí)候沒(méi)有太大聲音，皮帶太緊會(huì)有很大的噪音，皮帶太松會(huì)容易出現(xiàn)丟步。所以要調(diào)整好皮帶的松緊度才能保證XY方向運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。皮帶安置好之后，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪判斷是否有太多的阻力。當(dāng)拉動(dòng)皮帶時(shí)，皮帶發(fā)出比較響的聲音，表明皮帶太緊了。皮帶太緊就會(huì)給電機(jī)軸和滑輪帶來(lái)很大壓力，必須調(diào)松一下。用手前后旋轉(zhuǎn)3D打印機(jī)電機(jī)滑輪，如果工作臺(tái)移動(dòng)前后對(duì)稱，說(shuō)明松緊合適，如果向后延時(shí)了，代表太松了。一個(gè)比較合適的測(cè)試方法是用圓柱形模型打印，如果某一邊是平的，那就說(shuō)明這一邊所對(duì)應(yīng)的軸皮帶太松了，需要調(diào)整均勻。

八、Z軸絲桿

Z軸運(yùn)動(dòng)的精度和平穩(wěn)性保證了打印每一層的效果。將打印平臺(tái)升至最高，然后用手輕觸打印平臺(tái)的基座，在下降打印平臺(tái)到最低點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程中，手可以感覺(jué)到平臺(tái)在下降過(guò)程中的微微振動(dòng)和下降的均勻性，若是有突然出現(xiàn)的明顯跳動(dòng)和晃動(dòng)，那就說(shuō)明那里有異物或絲杠有瑕疵，需要清潔該位置絲杠，并涂抹潤(rùn)滑油。上下幾個(gè)來(lái)回若還有問(wèn)題，則需要松開絲桿螺母，調(diào)整位置直至平臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)。

九、其他故障

1.打印產(chǎn)品表面有點(diǎn)點(diǎn)，不光滑。首先要看是不是打印材料問(wèn)題，打印材料質(zhì)量不好或者里面有雜質(zhì)會(huì)出現(xiàn)打印表面不光滑等現(xiàn)象。其次銅噴嘴里面混有雜質(zhì)導(dǎo)致出絲不光?；蛘呤菄娮靸?nèi)部加工達(dá)不到要求，出現(xiàn)毛糙。需要更換噴嘴。

2.打印過(guò)程中有拖絲。拖絲也可能是材料的問(wèn)題，或者溫度過(guò)高或者是軟件參數(shù)配置里面沒(méi)有設(shè)定打印回抽選項(xiàng)，回抽效果好就不會(huì)出現(xiàn)拖絲現(xiàn)象，如果拖絲是溫度過(guò)高所致，需要降低溫度，有的拖黑絲為打印材料在噴嘴里面停留過(guò)久部分炭化所致。

以上總結(jié)了幾乎全部的常見(jiàn)機(jī)械故障，供大家參考。3D打印機(jī)不僅要會(huì)玩，還要會(huì)修，靈活掌握各種技巧，都能夠提升打印質(zhì)量，在此也感謝3D打印機(jī)開源的設(shè)計(jì)理念，讓所有人都能自由享受3D打印的樂(lè)趣。

［1］吳海曦，余忠華，張浩，等.面向熔融沉積成型的3D打印機(jī)故障聲發(fā)射監(jiān)控方法［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2016，50（1）：78-84.

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