最近，打印机设计像 Stanford Bunnies 一样成倍增加。随着 3d 打印机的“Kickstarter 一代”，我注意到社区的新人犯了很多旧错误，他们没有像人们希望的那样做很多研究。其中一些错误大多记录在评论和邮件列表回复中，所以我认为是时候更正式地记录它们了。在这篇文章中，我想谈谈导致打印件垂直表面失真的问题。

1. .05 layers with 18 threads/inch screws,
2. .06 layers with M8 screws (1.25mm pitch),
3. .06 layers with M6 screws (1mm pitch),
4. Z wobble,
5. bad filament tolerance

此问题最明显的原因是 Z 摆动。这是由周期等于 Z 螺纹螺距（技术上是导程，但这与螺距相同，除非您使用多头螺纹）的重复图案中的层未对齐引起的，并且是一个著名的问题最初的 Makebot，CupcakeCNC。CupcakeCNC 的 Z 轴受到四根 M8 螺纹杆的约束，这些杆转动以上下移动轴。问题是，虽然其中一些杆比其他杆更直，但没有一个是完全直的。杆的顶部和底部用轴承固定到位，但当杆不直时，Z 轴将偏移。由于孔大于螺纹，夹在轴承中的杆也会偏离中心' 它的最大直径和螺母制造的一些怪癖（Cupcake 用户很久以前就意识到，最好将一对锁定的螺母放在轴承上，而不是按照构建说明建议的那样在每一侧用一个螺母夹紧轴承）。当杆转动时，Z 平台沿 Z 轴向上或向下移动，但它也会围绕它做小圆圈运动，导致层错位并导致沿垂直表面的正弦脊线，在另一侧有倒脊线.

直到最近，Z 摆动对于类似孟德尔的设计从来都不是什么大问题。最初的 Mendel 没有这个问题，因为它的 Z 轴受到光滑杆的约束，螺纹杆的一端由轴承固定，只能上下移动。Prusa Mendel 通过将螺纹杆直接连接到顶部的电机轴（而电机轴又由双步进电机的整体轴承固定到位）创建了一个类似的系统，而 Prusa i3（谢天谢地，它将这些电机移动到底部）仍然只有一端限制了那些螺纹杆。我特别提到这些模型是因为这些设计有几种衍生产品和所谓的“升级”，将另一个轴承放置在螺杆的相对端。

在这些设计中，当杆仅在一端受到约束时，如果杆不是完全直的（实际上没有），自由端将像 CupcakeCNC 的平台那样以小圆圈移动，但 Z 轴不会受到影响因为光滑的杆将其限制在线性路径上，并且当 Z 形螺母将杆推向一个方向或另一个方向时，轴耦合器允许一点弯曲。一些经验不足的用户对这些杆的自由端表现出的摆动感到困惑或担心，并决定在它们上放置轴承以防止这种摆动。公平地说，在顶部带有电机的 Prusa Mendels 上，它们还可以减轻 X 轴和挤出机的重量，使其脱离联轴器，这在早期版本中很容易被拉开，但缺点是相同的. 现在螺纹杆的两端都像在 CupcakeCNC 上一样受到约束，杆的曲率再次开始推动 Z 平台围绕它做小圆圈。光滑的杆抵抗了这个力，并试图将螺纹杆弯曲直以抵消它，但是螺纹杆同样粗，所以结果是两个杆都偏斜了一点，并且允许发生 Z 摆动。随着打印机设计的激增以及打印质量的普遍提高，其他类型的 Z 摆动也变得明显。Z 轴承载平台的打印机也可能成为 Z 摆动的牺牲品，在这种情况下，平台移动而不是挤出机，但结果是相同的。并试图将螺纹杆直接弯曲以抵消它，但是螺纹杆同样粗，所以结果是两个杆都偏斜了一点，并且允许发生 Z 摆动。随着打印机设计的激增以及打印质量的普遍提高，其他类型的 Z 摆动也变得明显。Z 轴承载平台的打印机也可能成为 Z 摆动的牺牲品，在这种情况下，平台移动而不是挤出机，但结果是相同的。并试图将螺纹杆直接弯曲以抵消它，但是螺纹杆同样粗，所以结果是两个杆都偏斜了一点，并且允许发生 Z 摆动。随着打印机设计的激增以及打印质量的普遍提高，其他类型的 Z 摆动也变得明显。Z 轴承载平台的打印机也可能成为 Z 摆动的牺牲品，在这种情况下，平台移动而不是挤出机，但结果是相同的。

虽然经典的 Z 摆动通常表现为 X/Y 平面中的小圆形（或至少正弦曲线，取决于轴的约束方式）运动，但有一种不太常见的 Z 摆动形式具有垂直（Z 轴）组件，它通常最终成为主导组件。这看起来类似于下面解释的 Z 肋条，但效果仍然是由于 Z 螺钉转动时不稳定造成的。例如，如果你有一个末端切断弯曲的螺纹杆，然后将其推入一个柔性联轴器中，使其直接靠在电机轴上，并且杆与螺母成一定角度，那不平整的一端会压在电机轴上，并在一个位置将耦合器拉伸得更多，而从该位置拉伸的角度小于 180 度。这将导致正弦模式的过压和欠压层，其螺距与螺杆的导程匹配（与单头螺杆的螺距相同，但对于多头螺杆，如大多数 acme /人们使用的梯形）。还有一些设备设计用于隔离 X/Y 方向上的 Z 摆动，最终将其转换为 Z 方向上的（通常较小的）摆动。如果你有一个弯曲的螺丝，它与螺母的角度会随着它的转动而改变，虽然螺母陷阱中的廉价六角螺母通常能够摆动足以抑制这种影响，但更高质量的丝杠螺母很可能会以某种方式拧紧，导致这个角度平移到轴上（假设螺母足够长，公差足够紧，并且角度偏差足够大）。当挤出机或平台（的一部分）从一个螺杆（或两个螺杆之间的直线）悬臂伸出时，可能只需要非常轻微的角度摆动即可在远端产生明显的垂直摆动。如果这些滑轮或齿轮有一些偏心或不是完美的圆形（如果滑轮是印刷的，即使回缩工件也会导致由于皮带张力的变化，它们的旋转一致性不太理想）。

随着人们一直在追求更高质量，由于 Z 轴量化和精度限制导致的误差开始出现，在我称之为 Z 罗纹的干涉图案中产生条带。我最近一遍又一遍地看到这个问题，这是这篇文章的主要原因。此错误不是整个图层在一个方向上偏移，而是表现为图层在每个方向上都伸出太远或不够远。与 Z 摆动一样，此错误以固定周期出现，但与 Z 螺纹螺距不同（尽管可能非常接近）。它的发生是由于每层步数的舍入误差导致某些层比其他层更短或更高，并且如果它们被压缩到更短的高度，则具有相同横截面积的线会变得更宽，并且在另一个方向上的错误更薄。这个错误经常被误认为是 Z 摆动，并且很容易被实际的 Z 摆动和其他几个问题所掩盖。

Z 罗纹是由于为 Z 螺丝选择了错误的层高造成的。更薄的层更明显，因为层高的百分比误差更大，并且因为具有更薄层的印刷品的垂直表面应该更光滑。如果您使用英寸测量螺距（稍后会详细介绍）或者如果您有一些微步不准确，则该错误更难避免。因为微步不准确很难完全消除，你应该假设你有一些，并且应该总是选择层高是你的整步长度的倍数。如果你在半步模式下，你的半步都会准确，但 3/16 步位置不会可靠地远离 11/16 步位置半步，所以如果你真的处于半步模式，你应该只依赖准确的半步间隔。这个错误是非累积的，这意味着在一些步骤之后，舍入错误将转移到另一个方向，创建一个比其他层稍高（因此压缩较少）的层，或者更短且过度的层压缩。因为挤出的体积一定，高度不一样，所以挤出的宽度会不一样，表面会出现条纹，如上图和本文开头的前两张图所示。或者更短且过度压缩。因为挤出的体积一定，高度不一样，所以挤出的宽度会不一样，表面会出现条纹，如上图和本文开头的前两张图所示。或者更短且过度压缩。因为挤出的体积一定，高度不一样，所以挤出的宽度会不一样，表面会出现条纹，如上图和本文开头的前两张图所示。

为避免 Z 向肋条，您应始终选择一个全步长的倍数的层高。要计算您使用的螺钉的全步长，请取螺钉的螺距（我推荐 M6，螺距为 1 毫米）并除以电机每转的全步数（通常为 200） . 微步不够可靠准确，因此在此计算中忽略它们（尽管使用微步仍然会使它们更平滑和更安静）。对于我推荐的 M6 螺丝，结果为 5 微米。i3 使用的 M5 螺丝为 4 微米，大多数其他翻新机使用的 M8 螺丝为 6.25 微米。例如，200 微米 (.2mm) 的层高适用于其中任何一种，因为 200 = 6.25 * 32 = 5 * 40 = 4 * 50。

这也说明了为什么您不应该使用带有英制测量螺距的螺钉。它们适用于结构构造，但不应用于 Z 螺钉。例如，通常用作 M8 替代品的 5/16-18 螺纹杆的螺距为 1.41111111 毫米（可以说，重复的小数点告诉你你被搞砸了），单步长度为 7.0555555 微米。理论上，您应该能够使用以下层高而不会导致伪影（以微米为单位）的舍入误差：63.5、127、190.5、254、317.5、381、444.5。由于重复的小数点，它们之间的任何整步长度的倍数每 9 层都会有舍入误差。不是倍数的层高将表现出不同频率的 Z 罗纹，具体取决于它们与全步长同步的频率。如果你有精确的微步，误差会更小，但仍然会有误差。事实上，由于此数据由固件以步长/mm 值的形式存储，任何非公制间距都将导致无法在浮点变量中四舍五入的情况下存储的非终止小数。如果将存储在固件中的每单位步数变量存储为每步单位变量，则会产生更准确的数学运算，但我被告知这种倒置的数学运算，即使从浮点数转换为定点数-它允许的点计算会给微控制器增加显着的计算负担，微控制器缺乏硬件加速除法功能。由于无法在 steps/mm 变量中存储精确值而导致的舍入误差将导致打印总尺寸出现非常小的误差，

类似的条带出现在周期等于螺距的情况下。这种条带是由机械问题引起的，该机械问题导致 Z 螺丝在旋转过程中略微上下移动和/或每步的角度变化，但现在这些情况很少见，因为大多数打印机的 Z 螺丝直接连接到电机而不是而不是通过可以引入此类错误的皮带系统。这种条带与 Z 摆动更密切相关，但它会导致图层垂直偏移而不是水平偏移。

不规则 Z 工件：

有几个问题会导致不规则条带。这些导致图层像 Z 罗纹一样以不同方式传播，但它们更随机而不是定期发生。这些可以归为两类：像 Z 型罗纹一样引起层高变化的那些，以及由挤出成等高层的长丝体积差异引起的那些。

层高的不规则变化是由平台或挤出机在打印时未保持适当高度引起的。在悬臂式 Z 轴上，这可能是由绑定或拉线引起的。在这些情况下，这种阻力会导致轴在某些层中移动不够，使那些层太短和太宽，然后在其他太高和太窄的层中追上。

一个类似且可能更常见的错误是线轴对挤出机的拉动阻力，这将倾向于提升它。这在 Z 轴上移动挤出机的机器上最为普遍，特别是如果它位于像 Thing-o-matic 那样的悬臂平台上。在这些情况下，细丝将被拉动，直到有足够的张力将其拉松，然后挤出机将回落到其正常位置。这需要多长时间取决于通过挤出机送入的塑料量，而不是 Z 轴移动的距离，因此伪影在每层面积很大的打印件和每层面积很小的打印件上看起来会有所不同。您可以通过从挤出机到线轴（或挤出机和线轴之间的某个结构固定点）运行细丝通过低摩擦管来防止这个问题。材料不 不一定要像鲍登管一样低摩擦，但它应该在灯丝周围更松，因为紧的管会增加摩擦，并且防止内部反冲不是问题。非常便宜且广泛使用（Home Depot 库存）.17“ ID HDPE 管可以很好地完成这项工作。

低频温度波动也会导致某些层比其他层展开得更多，因为它们被挤压得太软，而且我还看到加热平台上的温度波动会导致这种高度不均匀。一些平台会膨胀或弯曲，因为它们加热到足以影响层高并产生不一致的层。对于具有足够低电阻的平台来说尤其如此，可以使用所提供的电压快速加热，因为快速加热会在加热器打开和关闭时导致更多的差异膨胀和弯曲。在我看到的情况下，电路板是原型，下一个版本没有问题。如果不更换加热器，我不确定该怎么做，但如果蓝色胶带上的 PLA 打印正常，你可以确定这个问题，但是当你加热它来打印 ABS 时，你会得到不一致的层高。调整您的 PID 并确保您的温度尽可能稳定。流行的 Marlin 固件可以使用 M303 代码自动调整其 PID。

另一类不规则 Z 伪影是由高度相同但塑料量不同的层引起的。这些伪影完全是由挤出机和灯丝引起的。对于体积较小的层（也没有太多面积的薄层），这可能是由偏心的挤出机齿轮引起的，但大多数齿轮会进行多次完整旋转并将误差分散在层内而不是导致不一致层之间。更可能的原因是灯丝不一致。

灯丝必须是均匀的圆形（扁平灯丝将具有不同的小直径和大直径，这将影响它如何压入驱动齿轮，从而影响它的进给速度）并且直径变化必须尽可能小。一些劣质灯丝的中心也有气泡，会改变横截面积。这些对于塑料焊接来说不是问题，这是许多低质量灯丝实际制造的目的，而真正的 3d 打印灯丝是按照更严格的规格制造的，因此您无法从 El Cheapo 灯丝获得最佳质量的打印件。这并不是说您需要倾家荡产，只需检查公差等级并在寻找供应商时查看评论或测试样品。这些天出现了一些物有所值的供应商。这也是目前还没有一个桌面长丝挤出机项目非常成功的主要原因。当长丝进入挤出机时，已经有一些开发传感器来实时检测长丝尺寸变化的工作，但是由于塑料通过驱动机构进料和从喷嘴出来之间的反应延迟，这变得复杂了。