3D打印球體：如何制作？

魔猴君  知識(shí)堂   15小時(shí)前

融沉積成型(FDM)3D打印機(jī)的工作原理是，噴嘴在X、Y和Z軸上移動(dòng)，在特定位置擠出細(xì)絲，并逐漸分層創(chuàng)建部件。雖然FDM打印在某些方面非常有優(yōu)勢，但逐層打印過程有其局限性。

FDM 3D打印機(jī)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是它們會(huì)在與Z軸交叉的曲線上產(chǎn)生“階梯狀”現(xiàn)象。打印過程的其他方面也會(huì)限制打印質(zhì)量，例如Z縫、擠出不一致等。

尤其是球體，它是3D打印難度最大的幾何形狀之一，因?yàn)樗鼈兏菀壮霈F(xiàn)階梯狀線條，如果打印整個(gè)球體則需要支撐，而且光滑的曲面意味著無處可藏其他打印缺陷。它們會(huì)導(dǎo)致比平常更粗糙的表面，如果是展示品，比如月球的球形模型，這不太可能是您想要的。

逐層打印球體永遠(yuǎn)不會(huì)完美，但有一些方法可以最大限度地減少缺陷并獲得盡可能干凈的表面。在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家一起學(xué)習(xí)一些3D打印球體的技巧。

一、設(shè)計(jì)

使用您選擇的CAD程序中的分割工具將模型分成兩半（來源：Jackson O'Connell via All3DP）

打印球體的第一步是正確設(shè)計(jì)它，實(shí)際上有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)：將其分成兩個(gè)或?qū)⑵浔Ａ魹橐粋€(gè)整體。將球形分成半球?qū)⑹勾蛴∽兊酶菀?，并且無需支撐，但當(dāng)您需要將其粘合在一起時(shí)會(huì)增加后處理時(shí)間。（如果您的模型非常小，可能不需要將其分開，只要它粘附在床上即可。）

如果您的球形是較大設(shè)計(jì)的一部分，請(qǐng)考慮設(shè)計(jì)單獨(dú)打印的部分，稍后再重新連接，這樣您就可以給予球體成功所需的關(guān)注?；蛘?，您可以將球形保留在模型中，但在切片時(shí)仔細(xì)考慮方向。

將球形物體分成兩部分很簡單。首先，打開您最喜歡的3D設(shè)計(jì)程序并找到球形物體的中心點(diǎn)。然后，使用分割工具（平面或2D草圖）將模型分成兩部分。最后，單獨(dú)導(dǎo)出每個(gè)部分以單獨(dú)打印。最好一次打印一個(gè)半球，以避免噴嘴在每個(gè)部分之間移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)回縮問題。

如果您將球形保留為一個(gè)整體，則無需進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。只需像往常一樣導(dǎo)出模型，但請(qǐng)注意，您必須在切片機(jī)中處理球體底部的懸垂部分。在此基礎(chǔ)上，讓我們繼續(xù)進(jìn)行切片機(jī)設(shè)置！

二、切片

較小的層高可以大大減少階梯狀線條的出現(xiàn)（來源：Adam Vicknair via All3DP）

切片模型是打印球體的下一個(gè)重要步驟，盡管調(diào)整切片機(jī)設(shè)置是成功打印的關(guān)鍵。打印床打印效果更好、更平滑，意味著后期打磨和后處理更少。

層高

要打印出更平滑的球體，一個(gè)非常通用但有用的設(shè)置是使用較小的層高。簡而言之，更高的分辨率意味著階梯狀曲線不那么明顯，因?yàn)樾枰褂酶鄬觼順?gòu)建曲線。雖然這會(huì)增加打印時(shí)間，因?yàn)樾枰~外的層才能達(dá)到相同的高度，但通過這種簡單的設(shè)置調(diào)整獲得更平滑的表面是值得的！

更精細(xì)的細(xì)節(jié)和更快的打印速度也可以通過Cura的自適應(yīng)層高等功能實(shí)現(xiàn)；此設(shè)置也可用于其他切片機(jī)，盡管名稱可能不同。簡而言之，此功能會(huì)在整個(gè)切片模型中可變地改變層高，以便細(xì)節(jié)較少的部件將使用更厚、更快的層打印，而細(xì)節(jié)精細(xì)的部件將使用更薄的層。這對(duì)于球體尤其有用，因?yàn)樗鼘⒃趯痈咧g平滑過渡，從而產(chǎn)生自然、更圓潤的外觀，減少階梯狀。

支撐

打印球體的一個(gè)關(guān)鍵部分是支撐。理論上，完美的球體只在一個(gè)點(diǎn)接觸構(gòu)建板，因此您的打印件可以滾動(dòng)，而無需額外的結(jié)構(gòu)將其固定到位！3D打印機(jī)無法在半空中打印，因此球體的加寬底座需要支撐結(jié)構(gòu)才能將球體打印在上面。如果您將模型分成兩半，則可以避免這種需要，因?yàn)槊總€(gè)半球都可以在其平坦的底座上打印。

移除支撐材料后，支撐可能會(huì)留下痕跡或粗糙的表面。為了盡量減少對(duì)球體表面的影響，請(qǐng)嘗試增加支撐材料和懸垂部分之間的距離。（Cura中的相關(guān)設(shè)置是“支撐Z距離”和“支撐X/Y距離”。）一位用戶建議的另一個(gè)想法是在支撐材料和懸垂部分之間使用表層。

使用筏板或邊緣也可能是一個(gè)好主意，可以進(jìn)一步為球形部件提供床面附著力。筏板和邊緣環(huán)繞支撐結(jié)構(gòu)和接觸構(gòu)建板的球體區(qū)域，以將它們固定在床上。這很重要，因?yàn)槿绻麤]有邊緣或筏板，支撐結(jié)構(gòu)可能會(huì)在打印過程中掉落！

填充和外殼

殼層越少，允許更多的光線通過（來源：Jackson O'Connell via All3DP）

填充物和外殼是打印件的主要部分，因?yàn)樗鼈兎謩e占內(nèi)部填充和外部表面（頂層和底層以及壁）。填充物和外殼數(shù)量對(duì)于球體的表面外觀不太重要，但應(yīng)根據(jù)部件的用途進(jìn)行設(shè)置。例如，這些設(shè)置會(huì)影響光線穿過物體的方式，如果您要打印月亮燈之類的東西，這將很有幫助。

對(duì)于填充，除非部件需要內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，否則可以使用低于通常的填充密度。這將避免填充圖案滲入墻壁的風(fēng)險(xiǎn)。較低的填充密度也意味著更少的打印時(shí)間。

如果您想要一定程度的透明度，請(qǐng)嘗試使用較少數(shù)量的外殼（大約兩個(gè)）。也就是說，考慮到太少的外殼以及非常低的填充物會(huì)導(dǎo)致填充物的空隙與外殼相接處下垂。為防止這種情況，當(dāng)填充密度約為10%或更低時(shí)，請(qǐng)考慮使用三個(gè)或更多外殼。如果您想要一個(gè)看起來堅(jiān)固的表面和更堅(jiān)固的部件，請(qǐng)?jiān)黾油鈿さ臄?shù)量。

對(duì)于球體，無論其用途如何，始終保持壁層數(shù)與頂層和底層數(shù)相同。這是因?yàn)槿绻粋€(gè)數(shù)字大于另一個(gè)數(shù)字，則球體的權(quán)重將不均勻。

其他切片器建議

激活花瓶模式將使球體保持空心狀態(tài)（來源：Jackson O'Connell via All3DP）

如果您的球形部件不是普通球體，您還需要考慮部件方向。如果您無法將部件一分為二，則下半部分將需要大量支撐，因此請(qǐng)記住，拆除支撐可能會(huì)損壞任何細(xì)節(jié)。如果您的球體是較大模型的一部分，請(qǐng)嘗試定位模型以盡量減少球體本身所需的支撐。

我們最后一個(gè)切片機(jī)設(shè)置建議是使用花瓶或螺旋模式，只要你的球形物體不需要很堅(jiān)固。花瓶模式只打印螺旋形物體的周長，非常適合圓柱體和其他圓形的空心物體。這將減少材料消耗和打印時(shí)間，讓光線穿過（因?yàn)闆]有填充）。只要確保不要忘記激活支撐，否則打印可能會(huì)失敗。

三、3D打印

這樣你的圈子才不會(huì)變成橢圓形（來源：Adam Vicknair via All3DP）

在實(shí)際打印球形物體時(shí)，沒有太多要討論的內(nèi)容，但在開始打印之前，請(qǐng)檢查打印機(jī)的定期維護(hù)。這意味著要查看皮帶、噴嘴、床等是否都正常工作。

為了確保球形不會(huì)變成雞蛋形狀，請(qǐng)確保在X軸和Y軸上收緊皮帶。皮帶松動(dòng)會(huì)使打印頭或床體移動(dòng)更松，因此完美的圓形會(huì)開始看起來有點(diǎn)橢圓。

不要忘記確保噴嘴干凈整潔，因?yàn)椴糠郑ɑ蛲耆┒氯膰娮鞎?huì)導(dǎo)致擠出不一致，并使表面質(zhì)量看起來更差。與任何打印一樣，請(qǐng)記住在開始打印之前將床調(diào)平，這樣第一層才能平整美觀。

最后，考慮使用ABS等材料打印球形物體。雖然其他材料（如PLA）的打印成功率也差不多，但ABS有一個(gè)簡單的層平滑選項(xiàng)，因此最終結(jié)果可能更令人印象深刻。如果您有雙擠出打印機(jī)，請(qǐng)嘗試使用可溶解材料（如PVA）打印任何支撐材料，因?yàn)檫@將避免因去除支撐而造成的表面損壞。

四、后期處理

打磨時(shí)，盡量專注于接縫，不要破壞部件上的任何細(xì)節(jié)（來源：RCLifeOn via YouTube）

最后，要對(duì)球體進(jìn)行后處理，您應(yīng)該嘗試平滑可見的層線。幸運(yùn)的是，有很多后處理技術(shù)，具體取決于您的打印、材料、設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)水平。球體的一些好選擇包括打磨、使用溶劑、拋光和涂層。

您應(yīng)該采取的第一步是從打印件上去除任何支撐材料。小心地使用美工刀去除粘在模型上的任何支撐物碎片。如果您將模型打印成兩部分，則可能無需去除支撐物，但可以使用強(qiáng)力膠或3D筆等粘合劑將半球粘合在一起。對(duì)齊兩半時(shí)，要盡可能完美，以實(shí)現(xiàn)均勻過渡。

接下來，用砂紙打磨模型，從低粒度（較粗糙）開始，到高粒度（較細(xì)）。如果您粘合了兩個(gè)半球形部件，請(qǐng)確保平滑它們之間的過渡，并均勻打磨球體的所有區(qū)域，以獲得最佳表面光潔度。

大理石紋或斑點(diǎn)狀的線材有助于隱藏層線?。▉碓矗?/span>Adam Vicknair via All3DP）

如果您使用ABS打印模型，則可以使用丙酮等溶劑為模型添加光滑而有光澤的表面。溶劑的作用是稍微熔化表面以混合各層并去除可見的線條。如果您使用PLA打印部件，則可以使用環(huán)氧樹脂涂層（如XTC-3D）來平滑和完成物體。

最后，您可以對(duì)模型進(jìn)行拋光、噴漆或涂層處理，以完成最后的修飾。噴漆球體可以掩蓋物體上的任何瑕疵，添加或強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)，或改變顏色。若要獲得光澤，請(qǐng)嘗試使用Dremel等旋轉(zhuǎn)工具高速旋轉(zhuǎn)拋光物質(zhì)，或者也可以手工拋光。

這就是如何打印一個(gè)在任何地方都看起來很棒的球形物體！

編譯整理：all3dp