简介：扭曲你的印刷品的隐藏力量
大家好，我是 Barry Zeng，一名制造工程师 YOVUTEK。我已经打印了数千张 3D 打印零件 使用 FDM、SLA 和 SLS — 我见过翘曲毁掉了原本完美的打印件。你会看到第一层完美地落下，然后几个小时后，角从床上升起，或者部分卷曲成无用的形状。罪魁祸首是内应力——打印过程中锁定在零件中的残余应力。在本指南中，我将解释为什么内部压力会在 3D 打印零件，它如何导致翘曲、分层和开裂，最重要的是——如何控制它。我将介绍材料选择、打印方向、床粘附力、外壳温度、退火和设计修改。无论您使用 FDM、树脂还是粉末床融合，这些策略都将帮助您打印平坦、稳定的零件。
第 1 章：什么是 3D 打印中的内应力？
内应力（也称为残余应力）是打印过程后残留在零件中的锁定机械应力。在 3D 打印零件，这些应力是由不同的冷却和收缩产生的。当挤压塑料或固化树脂从高温冷却到室温时，它会收缩。但由于不同区域的冷却速度不同（薄壁与厚底、顶层与底层），收缩不均匀。结果是：顶面产生拉应力，底面产生压应力，并且零件通过翘曲来释放该应力。对于 FDM，翘曲通常发生在前几层。对于 SLA，它可能表现为薄特征处的卷曲。对于 SLS，大的平坦表面可能会向上弯曲。
第 2 章：不同 3D 打印技术中的翘曲表现如何
2.1 FDM（熔融沉积成型）
在 FDM 中，热丝 (200–260°C) 被挤出到构建板上（通常加热至 60–110°C）。挤出塑料与环境的温差导致快速冷却和收缩。第一层的角从床上抬起——典型的“翘边”。较高的部件也可能在层之间弯曲或分裂（分层）。 ABS 和尼龙等材料特别容易变形；由于收缩率较低，PLA 的翘曲较小。
2.2 SLA（立体光刻）
在 SLA 中，液态树脂通过紫外激光逐层固化。固化反应会导致收缩（通常为 2-8% 体积）。如果零件没有得到适当的支撑，薄的特征就会向上卷曲。大的平坦表面可能会产生“薯片”变形。支持帮助，但内部压力依然存在。
2.3 SLS（选择性激光烧结）
SLS 使用激光烧结尼龙粉末。构建室被加热到接近熔点 (170–190°C)，因此冷却应力较低。不过，大平房 3D 打印零件 仍然会变形，因为顶面比底面冷却得更快。与 FDM 相比，SLS 中的翘曲不太常见，但它会发生在薄而宽的几何形状上。
第 3 章：内应力的根本原因
造成内应力的因素有很多 3D 打印零件:
- 快速冷却：一层冷却得越快，收缩得越多，锁定的应力也越大。冷的打印板或通风良好的房间会加速冷却。
- 温度梯度大：热喷嘴 (220°C) 沉积到冷床 (50°C) 上会产生巨大的热梯度 - 层的底部收缩小于顶部，从而导致卷曲。
- 材料收缩率：不同材料的收缩量不同。 ABS 收缩约 0.5–1%，PLA 收缩约 0.2–0.5%，尼龙收缩约 1–2%。较高的收缩率=较高的应力。
- 零件几何形状：尖角、薄壁和大平面会集中应力。圆角和罗纹结构可以更好地分散应力。
- 打印方向：长而平坦的印刷品比高而窄的印刷品翘曲更多，因为大平面区域的热梯度更均匀？实际上，大的平坦区域具有更多的累积收缩应力。
第 4 章：如何控制 FDM 中的翘曲 - 实用技术
对于 FDM 来说，这些是减少翘曲的最有效方法 3D 打印零件:
- 使用加热床：将床层温度设置为接近材料的玻璃化转变温度（例如 ABS：100–110°C，PLA：50–60°C）。温暖的床可以防止第一层冷却得太快。
- 附上打印机：外壳可吸收热量，减少气流并将环境温度保持在 40–60°C。这对于 ABS、尼龙和 PC 至关重要。
- 使用帽沿或筏子：边缘（5-10 毫米宽）增加表面积，提高床附着力并分散应力。木筏提供了祭祀基地。
- 涂抹粘合剂：胶棒、发胶或专用床粘合剂（例如 Magigoo、Layerneer）可提高第一层的抓力。
- 增加第一层的高度和宽度：较厚的第一层（正常的 120–150%）和较宽的挤出层（150–200%）可产生更强的粘合力。
- 降低第一层的打印速度：前 3-5 层减慢至 10-20 mm/s，以确保良好的附着力。
- 使用防风罩：一些切片机（Cura、Simplify3D）可以在零件周围打印单壁屏蔽层以捕获热量。
第 5 章：控制 SLA 和树脂打印中的翘曲
树脂翘曲则不同——它是由固化收缩和剥离力引起的。对于SLA 3D 打印零件:
- 优化支撑位置：在大的平坦表面上添加重型支撑物以防止卷曲。在角落和边缘放置支撑。
- 将零件定向 45°：倾斜平坦表面会减少一次固化的横截面积，从而分散收缩应力。
- 使用灵活的构建板：柔性板可减少拆卸零件时的剥离力，但不会减少内应力。
- 后逐渐固化：打印后，清洗部件，然后在 UV 下固化。缓慢固化（例如 10 分钟，然后旋转）以避免快速交联产生的压力。
- 选择低收缩树脂：工程树脂（例如坚韧、刚性）通常比标准树脂具有更低的收缩率。检查数据表。
第 6 章：后处理 – 退火以释放应力
即使采用完美的打印设置，内部应力仍然存在 3D 打印零件。退火（热处理）可以缓解这种应力并提高尺寸稳定性。流程：
- 用于 FDM（ABS、PLA、尼龙）：将零件放入受控烘箱中，以 60–80°C（对于 PLA）或 80–100°C（对于 ABS）加热 1–2 小时，然后缓慢冷却（1°C/分钟）。这使得聚合物链松弛。
- 对于SLA：后固化已经加热。额外退火（60°C，持续 2 小时）可以减少应力，但可能会软化零件。
- 警告： 退火会导致轻微的尺寸变化 (0.1–0.5%)。首先对样品进行测试。
我们对所有由 ABS 或尼龙制成的关键 FDM 零件进行退火。退火后翘曲度下降 80-90%。
第 7 章：减少翘曲的设计修改
有时最好的解决方案是改变设计 3D 打印零件:
- 添加圆角（圆角）：尖角集中应力。 3-5 毫米的半径可显着减少翘曲。
- 使用肋结构：添加肋（如网格）以分散收缩应力，而不是实心平坦底座。
- 避免大的、不间断的平坦表面：将它们分成更小的面板或添加孔以减少累积应力。
- 添加鼠标耳朵：拐角处的小圆形凸片可增加局部床粘附力。
- 分割大零件：分段打印并稍后组装。较小的零件翘曲较少。
第 8 章：材料选择 – 选择低翘曲长丝
并非所有材料的翘曲程度都相同。对于 3D 打印零件 需要平整度的，选择：
- 低翘曲：PLA、PETG、TPU（柔性）。 PLA 收缩率低，附着力好。
- 中等经度：ABS、ASA、PC（聚碳酸酯）。需要加热床和围栏。
- 高翘曲：尼龙、PEEK、ULTEM。需要高床温 (100–150°C) 和主动室加热。
如果必须使用高翘曲材料，请使用加热外壳 (60–80°C) 和 Garolite 或 PEI 构建表面。
第 9 章：案例研究 – 消除 ABS 外壳的翘曲
客户需要一个 200×150×50 毫米的 ABS 外壳。初始打印的边角翘曲 3 毫米。我们实施了：
- 105°C 的加热床。
- 外壳内部温度 55°C。
- 所有边缘均为 10 毫米边缘。
- 第一层打印速度为 15 毫米/秒，层高为 0.3 毫米（其余层高为 0.2 毫米）。
- 为所有角添加了 5 毫米半径的圆角。
- 印刷后，90℃退火2小时。
最终翘曲：0.2 毫米 — 应用可接受。客户端现在将这些设置用于所有 ABS 3D 打印零件。这个案例表明，通过正确的技术组合，翘曲是可以控制的。
第 10 章：总结 – 翘曲控制检查表
- ☐ 在建议的温度下使用加热床。
- ☐ 封装打印机（尤其是 ABS、尼龙、PC）。
- ☐ 使用床粘合剂（胶水、发胶、Magogo）。
- 使用边缘（5-10 毫米）或筏子。
- ☐ 放慢第一层的速度 (10–20 mm/s)。
- 向尖角添加圆角（半径）。
- 避免大的平坦表面；添加肋骨或分割部件。
- 如有可能，请选择低翘曲材料。
- 打印后对部件进行退火（对于 FDM）。
- ☐ 对于 SLA：以 45° 定向，使用重型支撑，逐渐进行后固化。
结论：控制压力，打印平整
内应力是 3D 打印不可避免的一部分，但在 3D 打印零件 可以控制。通过管理温度梯度、使用适当的床层粘合力、优化设计以及退火后处理，您可以生产平坦、尺寸稳定的零件。我们将这些技术应用于 FDM、SLA 和 SLS，以确保高质量的结果。如果您正在努力解决翘曲问题，请将您的零件文件和材料发送给我。我将提供免费分析并推荐特定设置以消除翘曲。让我们第一次就打印正确。
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附：当您发送电子邮件时提及“翘曲指南”，我将向您发送材料翘曲比较图和退火温度表。
曾巴里
YOVUTEK 高级制造工程师
（10 多年的 3D 打印经验 - FDM、SLA、SLS - 帮助客户消除翘曲并实现尺寸稳定性。让我帮助您正确打印。）