硬件指南 » 购买指南 » 3D打印：质量、精度、准确度和公差的完整指南
了解质量、准确度、精度和公差之间的区别，是设计 3D 打印功能零件的关键。
每种技术（FDM、SLA、DLP、SLS、MJF、DMLS、PolyJet 等）都有不同的公差范围，这会影响最终结果。
针对增材制造的设计以及良好的工艺控制（校准、材料、后处理）对于获得可重复的结果至关重要。
机器和设计中的测量、验证和微调相结合，可以在专业应用中实现严格的公差。
La 3D打印已经变得如此普及。 近年来，几乎家家户户或车间里都有一台机器。但是，生产出“看起来不错”的零件是一回事，真正获得高质量的零件又是另一回事。 尺寸准确、可重复且可靠尤其是当涉及到调整、机制或严格的技术要求时。
在此背景下，诸如以下概念： 打印质量、准确性、精确度和公差它们听起来相似，但并不相同。只有清楚地理解每个术语的含义、测量方法以及它们与不同技术（FDM、SLA/DLP/LCD、SLS、MJF、DMLS、PolyJet 等）的关系，才能确保零件一次成型完美契合，而不是最终被扔进垃圾桶。
准确度、精确度和容差：为这些概念建立秩序
当我们分析3D打印机的尺寸性能时，我们会谈到…… 计量学继承的三大基本支柱准确度、精确度和公差。混淆这三者会导致误解、设计不匹配，以及对特定机器性能的不切实际的期望。
La 准确性 打印机制造零件时，其尺寸与原始CAD模型尺寸高度吻合的能力称为精度。例如，如果设计中指定了一个20毫米的轴，而零件的实际尺寸为20,02毫米，则机器的精度相当高。但如果实际尺寸始终小于20,5毫米，即使误差保持不变，其精度也较差。
La 准确度（重复性） 这描述了机器在重复打印相同几何形状时的一致性。一台打印机可以连续打印十个零件，误差均为±0,2毫米。在这种情况下，它的精度很高，但准确度不高。相反，它也可以打印出相对于设计而言相当好的平均尺寸，但零件之间的差异很大，这表明它的平均准确度很高，但精度很差。
La tolerancia 定义了设计师可接受的尺寸变化范围，而无需 该部件的功能受到影响。换句话说，这不是机器的固有属性，而是设计规范：对于某些应用，公差为±0,2毫米的Ø10毫米孔的有效范围为9,8毫米至10,2毫米，而对于其他应用，可能需要±0,05毫米。
在 3D 打印中，这三个概念结合起来，用来判断一个零件是否“符合我们的需求”。 该打印机具有潜在的准确性和精确度。而设计师则根据用途、材料、技术和可接受的成本来设定可接受的公差。
经典目标：一个非常有用的类比
理解准确度和精确度之间区别的一个非常形象的方法是想象…… 我们多次射击的目标每次冲击都对应着印刷品的尺寸或实际大小。
如果所有射击都集中在中心附近，我们说的就是…… 高精度和高准确度零件尺寸精准，且重复性极高。这在制造业中是理想的状态。
如果撞击点看起来非常接近但距离中心很远，那么我们有 高精度和低准确度在3D打印中，这指的是一台总是犯同样错误的打印机。有时这反而有利：了解系统性误差可以让你在CAD软件或切片软件中进行补偿。
如果冲击点靠近中心但分布广泛，则机器表现出 平均准确度良好，但精密度较差。这些零件平均而言接近实际尺寸，但有些可能略大，有些可能略小，这对于精细的组装来说是个问题。
当弹着点分散在目标各处且远离中心时，该系统就会失效。 既不精确也不准确在这种情况下，任何试图保持严格公差的尝试都将是一场持续的斗争，因为既没有可重复性，也没有接近标称值的能力。
打印质量：远胜于卡尺测量
在日常用语中，我们经常谈论“良好的印刷质量”，但实际上， 质量是一个更广泛的概念。 尺寸精度。这包括视觉、机械、工艺和成本等方面。
La 几何质量 它涵盖了形状的精确度、半径和边缘的准确性、小型浮雕或文字的清晰度，当然还有主要尺寸。模型整体可能在公差范围内，但某些区域可能因翘曲或支撑位置不当而变形。
如何在 BIOS 中查看 Windows 键La 表面质量 这指的是表面处理：例如由于涂层过厚而产生的台阶、非常明显的层纹、粉末涂装工艺中的孔隙、不理想的光泽或哑光效果、基材残留物等等。即使使用游标卡尺测量尺寸相同的两个零件，其外观和触感也可能大相径庭。
La 材料质量 这包括内部均匀性、无明显空隙、层间良好的互锁性以及适用于预期用途的机械性能：强度、刚度、韧性和抗疲劳性或耐温性。例如，SLA树脂可能看起来完美无瑕，但可能无法承受循环应力或冲击。
最后，专业环境中感知到的质量也取决于 满足期限、成本和可追溯性要求这件作品非常精美，但如果交付时间过晚或制作过程不易重复，在工业或医疗等领域可能是不可接受的。
公差、配合和配合类型如何相互关联
当我们设计由多个必须配合在一起的零件组成的组件时，公差不再是理论上的，而是实际存在的。 能顺利安装的东西和用锤子都敲不进去的东西之间的区别。游戏和调整类型决定了机制的行为。
在设置中 玩耍或自由活动活动表面（两个零件接触的区域）的设计使得它们的公差范围互不重叠。这确保始终存在一定的间隙，以允许相对运动、滑动或旋转。
在这些松散的调整中， 滑动调节 它允许一定的横向活动空间，非常适合那些移动精度要求不高的导轨。相比之下， 移动调整 它减少了晃动，稍微增加了摩擦力，从而实现了更可控、更精确的运动。
如果不希望部件之间有任何移动，则调整时应避免间隙或间隙过大。 公差部分重叠这些被称为不确定配合。它们便于组装和拆卸，但零件并非自由浮动，而是配合在一起的。
Un 键合 它只需极小的手动力即可完成组装和拆卸，对于无需特殊工具即可拆卸的部件非常有用。同时， 推式调节 虽然需要多花些力气，但用手或小型工具完成也是合理的。
当人们想要建立牢固且几乎永久的联盟时，就会诉诸于…… 肩带调节公差完全重叠的地方。 强制调整 它使用简单的工具（例如锤子或轻型压力机）即可组装，并且设计成永远不会松动。 压入配合 它需要更大的力和特定的压力机，并且用于只能通过机械加工或破坏其中一个部件才能拆卸的连接处。
3D打印技术及其典型公差
每种3D打印技术在以下方面都有其独特的“个性”： 尺寸精度、实际公差范围和稳定性在桌面FDM机器上打印视觉原型与在DMLS机器上打印金属植入物或在SLS机器上打印复杂工具机器是不同的。
En FDM（熔融沉积成型）喷嘴逐层挤出熔融塑料。它是应用最广泛、最经济的选择，非常适合大型零件、模具、功能原型和简单的机械几何形状。正常情况下，偏差通常在±0,2毫米左右，但在基础型机器或体积较大的零件上，偏差可能达到±0,5毫米。
FDM中影响精度的主要敌人是 热收缩和变形对于ABS或尼龙等材料，以及大尺寸几何形状或厚壁结构，这一点尤为重要。经过良好校准的工业级FDM打印机可以达到±0,2毫米或±0,15%的尺寸精度，但这始终取决于设计、材料和参数。
在树脂技术中，例如 SLA（立体光刻）、DLP 和 LCD激光或光投影技术逐层固化光敏聚合物。这种方法能够实现非常精细的细节、非常光滑的表面，并且在设计精良的小型零件中实现约±0,05毫米的公差，使其成为珠宝、高精度原型或比例模型制作的理想选择。
SLA/DLP打印机比FDM打印机更不容易翘曲，但它们高度依赖于…… 紫外光后聚合如果构件固化不当，随着时间的推移可能会出现翘曲或尺寸变化。此外，它们需要支撑物，而这些支撑物之后必须小心移除，以免影响关键尺寸。
在粉末加工过程中，例如 SLS（选择性激光烧结）和 MJF（多射流熔融）聚合物粉末（通常为PA12或其他尼龙）经热熔化后制成坚固耐用的部件，无需支撑，且其机械性能非常适合用作功能性组件。
如何补充激光打印机碳粉在选择性激光烧结（SLS）工艺中，典型的公差约为 ±0,2-0,3毫米该方法重复性良好，但存在一定的孔隙率和略微粗糙的表面。而MJF工艺，由于采用了加热腔和加热方式，公差可控制在±0,2毫米以内，表面均匀性极佳，收缩率低，使其成为小批量生产的理想选择。
在金属行业， DMLS/SLM（直接金属激光烧结或熔融） 它们能够制造出几乎是实心的金属零件，加工前表面粗糙度约为 20 µm，公差约为 ±0,1 mm。主要挑战在于巨大的热输入：由于存在收缩和翘曲，通常在关键表面加工至最终尺寸之前，需要额外增加 1-2 mm 的厚度。
技术如 聚射 o 碳 DLS 他们追求极高的精度和细节分辨率。PolyJet 喷射的光敏聚合物只需极少的热输入即可固化，从而降低了翘曲的风险，但其材料的强度通常不如 FDM 或 SLS 等工艺中使用的热塑性塑料。Carbon DLS 使用工程树脂（刚性、柔性、弹性体、类硅树脂），精度高，但最终热固化过程中会产生一定的收缩。
材料及其对收缩和尺寸稳定性的影响
如果不考虑以下因素，就无法谈论容差： 材料在加工和冷却过程中的行为每种聚合物、树脂或金属对温度和湿度的变化都会产生不同的收缩和响应。
在FDM中， PLA 优质材料的收缩率相对较低（低于~0,2%），因此对于初学者或对尺寸稳定性要求不高的零件来说，它是一种“容易上手”的材料。 ABS但是，如果不使用加热床和封闭腔体，它可能会收缩约 1% 或更多，从而导致翘曲和扭曲。
MGI 尼龙材料，例如 PA12这些粉末常用于选择性激光烧结（SLS）和多级熔融（MJF）工艺，兼具良好的机械强度、一定的柔韧性和较好的尺寸稳定性。然而，它们会吸收水分，如果粉末未保持适当干燥，随着时间的推移或打印过程中，水分可能会对尺寸产生一定影响。
该 SLA/DLP树脂 它们在印刷过程中几乎不会收缩，但对后续的紫外固化工艺非常敏感。后聚合不足或过度都可能轻微改变尺寸和机械性能，并导致内部应力。
在用于DMLS/SLM的金属中，组合 高温、热导率和膨胀系数 这就需要在设计阶段就考虑收缩和残余应力。因此，在加工最复杂的表面之前，需要添加坚固的支撑结构和额外的厚度。
以3D打印（增材制造设计）和精度为设计理念
一个常见的错误是采用原本为……而设计的方案。 机械加工、注塑或铣削 并直接将其发送到打印机，期望得到相同的结果。增材制造设计 (DfAM) 方法并非一时兴起，而是在追求合理公差和功能性零件时必不可少的。
通过设计时考虑到 3D 打印，您可以避免 厚度的突变 通过产生应力集中和应变，可以平滑边缘并优化过渡区域，从而促进更均匀的热流。这降低了翘曲、开裂或不均匀收缩的可能性。
照顾好……也很重要 对称性和质量分布 为了避免冷却过程中产生过大的内部应力。一侧厚而另一侧薄的零件在诸如FDM、SLS、MJF或DMLS等以热量为主要因素的工艺中，性能往往不佳。
公差应根据以下因素定义： 实际过程数据并非凭空臆想。换句话说，必须了解每项技术的优势以及现有打印机的实际性能。在此基础上，才能确定外壳、组件、配合调整和壁厚等尺寸，从而最大限度地确保一切正常运行。
在要求严苛的项目中，必须使用几何尺寸和公差 (GD&T) 工具、仿真和初步原型来验证设计，并根据实际结果调整尺寸。其目标是确保机械性能和公差始终保持一致。
实际应用中的准确性和精确性：校准和维护
无论这台机器从纸面上看有多么出色： 无需校准或定期维护精度和准确度会迅速下降。每个轴、每条皮带和每个部件都会影响喷嘴、激光器或投影滑架的最终位置。
在FDM中，调整 每毫米步数 精确的 X、Y 和 Z 轴校准至关重要，它可以确保 20 毫米的立方体最终不会变成 20,4 毫米。挤出机步进也同样重要：校准不当会导致过度挤出或挤出不足，不仅影响零件的外观，还会影响细节尺寸和实际壁厚。
如何使用命令启用 Windows 远程桌面La 床面调平 （手动或自动）可确保第一层均匀，并保证整个打印区域喷嘴与打印床高度一致。打印床不平整会导致部分区域层间重叠，而其他区域层间分离，从而产生尺寸误差和粘附问题。
在树脂打印机和投影系统（DLP/LCD）中， 光源强度 屏幕或投影仪的状况会影响XY分辨率和固化时间。LED亮度的逐渐衰减需要增加曝光时间才能维持相同的聚合程度，一些使用内置辐射计的系统可以自动控制这一过程。
机械维护（皮带紧固、主轴笔直、轴承状况良好、滑架和导轨无间隙）和温度控制（温度稳定的工作台、适当时使用封闭式腔室）是保持机器正常运转的关键。 打印件之间的重复性.
打印参数及其对尺寸质量的影响
即使拥有性能优良的机器和出色的设计，切片软件的设置也会影响其精度。例如： 层高、流速、流量或水平扩展 它们直接影响最终测量结果。
La 层高 它主要影响Z轴分辨率和倾斜表面的外观。厚层可以缩短打印时间，但会增加可见的台阶和在缓角处的潜在偏差；薄层可以提高平滑度和细节清晰度，但会显著延长打印时间。
La 打印速度 这是另一个经典的折衷方案：打印速度过快会导致振动、方向改变时惯性过大，以及材料沉降时间不足，从而造成尺寸误差和壁厚降低。降低打印速度可以提高控制性、层间粘合性和清晰度，但代价是打印时间延长。
El 流动 它控制着挤出的耗材量。流量过高会导致壁厚增加和填充过量，使零件尺寸增大并堵塞孔洞；流量过低则会导致壁厚过薄，甚至无法正确成型某些特征。
La 水平扩展 这是一个在其他所有步骤完成后进行微调的实用工具：它允许您在 XY 平面上略微膨胀或收缩模型，以校正间隙或摩擦。但是，最好在调整完力学、流量和主要参数后再使用它，以免弥补那些本应在根本上解决的错误。
对于细节丰富的零件或包含多个紧密排列组件的零件（例如，一次打印完成的铰接式零件），妥善管理 收缩、温度和冷却 必须避免出现螺纹、凸起或局部变形，以免破坏运动部件之间的公差。
质量控制和测量的重要性
如果产品目录中列出的规格参数不准确，那么这些规格参数就没什么用处。 确认打印机实际输出的内容。在专业领域，尺寸控制是流程中不可或缺的一部分。
为了进行快速全面的检查，通常采用以下方法： 高分辨率3D扫描仪这些工具可以将实际零件的点云与 CAD 模型进行比较。这样可以非常清晰地显示偏差集中在哪里，以及是否存在与方向、支撑或几何形状相关的规律。
在批量生产或制造对性能要求严格的零件时，以下因素会发挥作用。 坐标测量机（CMM）使用卡尺、千分尺和其他标准仪器。这确保生产过程保持在预定的公差范围内，并能及时发现任何工艺偏差。
除了测量之外，它还至关重要。 记录重复出现的偏差 并将这些问题与参数、材料、生产批次或维护变更联系起来。这样，下一次设计或流程评审就可以从根本上解决这些问题，而不是仅仅进行修补。
在需要可追溯性的领域（医疗保健、航空航天、汽车等），3D打印必须集成到…… 更广泛的质量体系具备机器、材料、配置和检验记录，确保每一批产品都符合既定要求。
掌握3D打印的质量、准确度、精确度和公差涉及 理解计量理论，深入了解每项技术，明智地选择材料，并考虑到工艺流程进行设计。但这还涉及到校准和维护机器，合理配置切片机，以及系统地测量制造的产品；只有将所有这些因素结合起来，才能制造出不仅外观精美，而且组装起来合拢良好、功能齐全，并且能够可靠地重复生产，满足专业用途要求的部件。