3D打印之Cura模型切片篇

图1

切片操作相当于预先将3D模型进行从底部至顶部进行横向“切割”分层，并且按照序号逐一记录每一层的平面（X轴和Y轴）模型分布信息，这些信息最终会直接影响到3D打印模型的质量，包括尺寸精度、表面粗糙度及强度等，其中主要的3D打印参数含义如下：

1.喷嘴尺寸

喷嘴尺寸指的是打印头喷嘴出料孔的尺寸，即打印时喷出液态塑料丝的直径大小，通常有0.25mm、0.4mm、0.6mm和0.8mm等规格。一般而言，喷嘴尺寸越小（即塑料丝直径越小），打印成品的表面就会越光滑，但打印的速度就越慢。

2.层厚

层厚指的是单一打印层的厚度值，与不同的喷嘴尺寸相匹配，通常是在0.06-0.6mm的范围内调节。相同条件下，打印层越薄，打印成品的表面就会越光滑，但成型也越困难；另一方面，打印层过厚则会因打印层间黏结强度过低而降低打印成品的机械强度，甚至会造成打印成品的断裂（打印失败）。

3.壁厚

3D打印成品都是由外壳和内部的填充结构合并成型的，其外壳的厚度就是打印成品的“壁厚”。壁厚分为单层壁厚和多层壁厚，前者是由喷嘴尺寸决定的，后者是前者的整数倍，通常壁厚是与打印成品的强度成正比。

4.填充

填充的作用是调整打印成品的实心程度，两个“极值”分别为：0%表示空心，而100%则表示实心。目前的3D打印填充分为栅格状、蜂窝状等结构，填充率越高代表打印成品就越结实。一般情况下，薄壁的3D模型或者有一定力学要求的打印成品建议填充为100%；但这个数值如果较大（超过70%时）就一定要注意3D打印机的散热问题（尤其是室温较高情况下），否则容易导致打印成品收缩变形或者从打印平台上脱落等意外。

5.支撑

在进行3D打印时，可能会遇到模型有悬空结构的情况，尤其是当悬臂结构与打印平台的夹角小于45度时，此时建议使用支撑。支撑能够极大地提高悬空类模型的打印成功率，不过在打印结束后从打印成品上拆除支撑部件时需要“额外”多做些操作，而且有可能产生打印成品表面的缺陷，从而增加后期模型精修的困难。

6.线材直径

由于桌面级3D打印机是通过送丝机构来控制喷嘴材料的挤出量，因此在相同的送丝速度下，线材的直径越大就表示材料挤出量越大。线材直径参数的设置必须要以实际打印使用线材的直径为准，并且在此基础值上进行微调。过多的挤出量容易导致打印成品表面出现“溢料”，影响外观；过少的挤出量则会导致打印成品表面发生缺料镂空，而且也降低了打印成品的机械强度。

7.打印速度

打印速度指的是指3D打印喷头正常工作时的移动速度，不同的切片软件在此基础上又会细分出不同工作状态时的喷头移动速度。合理的打印速度非常重要，打印速度过慢，造成打印效率降低；打印速度过快，造成打印成品的表面缺陷，甚至也会降低打印成品的强度（产生一些内部镂空现象）。

8.打印温度

打印温度指的是3D打印喷头正常工作中时的喷嘴温度，不同种类材料一般具有不同的打印温度，而相同种类的材料也会稍有差异（生产厂商或生产批次不同等），一般都是在材料的额定温度范围内根据经验或自行测试的结果进行调节。打印温度过高，容易导致打印成品表面发生熔融塌陷，甚至使打印喷嘴的材料快速炭化而造成喷嘴的堵塞；打印温度过低，不但会因打印层间黏结强度降低而造成打印成品强度下降，还会增加送丝机构的输送难度，甚至有可能造成打印喷嘴中的塑料丝因前端“半固化”而无法继续喷出而“停工”。

二、切片软件的代表：CURA

3D打印切片软件的核心是切片引擎，其实质为面向对象的算法程序，它能够根据3D模型的结构组成和用户设置的不同参数进行计算并生成Gcode打印代码。目前的切片软件比较丰富，如Slic3r、Simplify3D、MakerWare、CURA等等，其中，由知名的Ultimaker公司研发的开源切片软件CURA被称为“3D打印的标准切片软件”，兼容性高且易学易用，它的切片速度很快，打印效果也极佳，推荐初学者使用。

下载安装CURA需要访问Ultimaker的官网下载区（https://ultimaker.com/en/products/ultimaker-cura-software），点击“Download for free”（下载免费版）按钮下载切片软件UltimakerCura 3.6，适用于64位的Windows平台。CURA的安装过程非常简单，直接点击“下一步”按钮即可，注意要勾选五个关键的安装组件：InstallArduino Drivers（3D打印机控制器的Arduino驱动程序）、CURA Executable and Data File（CURA的可执行文件和数据文件）、Install Visual Studio 2010 Redistributable（微软VS开发工具包）、Open STL Files with CURA（设置STL格式文件的默认打开程序为CURA）和Open OBJ Files with CURA（设置OBJ格式文件的默认打开程序为CURA）。

三、使用CURA进行3D打印切片

安装好CURA之后，首次运行时会提示设置计算机所连接的3D打印机型号，可根据实际情况来选择；如果只是为了对模型进行切片而未连接3D打印机，可先跳过该设置，最终将切片后生成的Gcode打印代码文件通过网络或U盘传输至3D打印机即可。

1.加载修复后的模型文件

在CURA中点击左上方的打开文件按钮，将经过模型检测修复过的STL文件加载进来。主视图窗口中显示出一个模拟的3D打印机灰色底座及蓝色矩形立体框，正常情况下，读取进来的STL模型应该位于蓝色矩形框内（以黄色显示），如果是以灰色显示则说明模型“出界”了，需要点击选中模型后再点击左侧编辑功能区中的第二个“缩放”按钮（从上至下分别是移动、缩放、旋转、镜像），在“等比例缩放”选中的情况下将任意一轴的百分比（比如20%）进行适当修改（如图2所示）。

图2

在主视图窗口的右上角默认是以“实体视图”模式显示模型，可根据情况切换至“透视视图”或“分层视图”模式；右下角显示的是当前加载的STL文件名称，同时还包括模型的空间大小信息（64.3×62.7×97.0mm）；右侧是CURA默认以“推荐”的模式进行切片的打印设置，包括层高、打印速度、填充、是否生成支撑和打印平台附着等，下方的“05小时51分钟”表示经该默认预置进行切片后打印的预估时间，“8.13m/-64g”表示预计耗材大约为8.13米，质量为64克。

2.“自定义”模式设置

值得一提的是，如果当前切换至“分层视图”模式的话，拖动下方的层值可切换查看各切片层外观；同时还可以对打印材料的颜色进行自定义显示，包括是否显示外壳与填充等。另外，在CURA的“推荐”模式下加载Normal配置文件进行较为均衡的切片设置，如果想进行更为高级的详细设置需要切换至“自定义”模式，此时各项设置参数均可根据实际情况来进行较为自由的调整（必须要考虑到所连接的3D打印机性能参数），比如：层高、壁厚、填充密度、打印材料的温度及流量、打印速度和加速度等等，同时在设置修改这些参数值时会有蓝色提示框出现，对该参数的作用及影响到的项目作简要说明（如图3所示）。图3切片Gcode打印代码文件如果前期模型的建立和检测修复均无问题的话，那么在CURA中按照默认的“推荐”模式进行切片也会比较顺利地完成，然后通过键盘上的左右箭头键盘让切片模型逆时针、顺时针旋转，上下箭头进行前后旋转，多角度多次查看测试后确认无问题，就可以点击CURA右下角的“保存到文件”按钮，在弹出的对话框中设置好UM3_School(repaired).gcode（可重命名但不建议使用中文的文件名）文件的保存路径，最后再点击“保存”按钮即可生成Gcode打印代码文件（如图4所示），切片操作结束。