为了克服这些问题，研究人员使用机械臂和多轴 CNC 将材料沉积在保形层中。保形沉积通过无支撑打印和弯曲层沉积提高了 3D 打印部件的质量。然而，由于高成本和技术复杂性，这种多轴 3D 打印对于许多人来说是无法访问的。此外，对保形切片器的有限 GUI 支持为用户创造了额外的障碍。

为了向更多的制造商和研究人员开放多轴 3D 打印，我们设计了一种廉价且易于使用的方法将普通 3D 打印机升级到 5 轴。我们还开发了一种基于 GUI 的保形切片器，集成在流行的 CAD 软件包中。它们共同为设计、模拟和创建保形打印的 3D 模型提供了一个可访问的工作流程。

我们希望有更多的爱好者和制造商参与 5 轴 3D 打印

Prusa i3 MK3s 被选为基础打印机，因为它可以说是拥有大量用户社区的 FDM 桌面 3D 打印机最流行/最常见的硬件。我们也很欣赏 Prusa i3 的开放性，这使得工作变得更加容易。

这项工作的灵感来自最新的增材制造研究和个人制造中展示的各种其他创造性 3D 打印技术。该项目展示了如何将流行的现成 3 轴 3D 打印机升级为 5 轴 3D 打印。

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5自由度Open5x模型

基于I3结构的5自由度3D打印切割一体机模型文件

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23.1 线材被卡住或缠绕在一起

首先你需要检查的是，你打印机的供料耗材卷。你需要确保，耗材卷是可以顺畅转动的， 塑料线材能轻松地从卷上拉出来。如果线材是混乱的，或者耗材卷自由转动的阻力太大，这 将影响顺畅地从喷嘴中挤出。如果你的打印上安装了波顿（Bowden）管（一种很细小的 中空管，线材从中穿过），你需要检查是否线材能顺畅地穿过管子，阻力不大。如果管中的 阻力太大，你需要试着清理一个管子，或在管中加一些润滑

23.2 堵头

如果线材没有被卡住，能很轻松地推进挤出机，那么下一个需要检查的就喷嘴自身了。 有可能有一些幼小的碎片，或外来物进入了喷嘴，阻止了正常的挤出。测试这一可能性的简 单方法是，使用 Simplify3D 的设备控制面板，从喷嘴中，手工挤出一些塑料。观察确保塑料 挤出是连续和稳定的。如果你发现问题，你可能需要清理喷嘴。请联系你的打印机提供商来 获得清时喷嘴内部的正确方法。

23.3 层高太小

如果线材转动顺畅，挤出机没有堵，检查一下 Simplify3D 中的一些设置，将比较有用。 例如，是否你试图打印非常小的层高，如 0.01mm,这时将只有很小的空间供塑料挤出喷嘴。 喷嘴下方只有 0.1mm 的间隙，这意味着塑料可能很难挤出。再三确认，你使用了一个对你 的打印来说，合适的层高。你可以点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打 开“层（Layer）标签页”，如果你使用非常小的层高在打印，试试增加层高，看问题是否解 决了。

23.4 错误的挤出丝宽度

在 Simplify3D 中，需要检查的另一个设置是，你给挤出机，设置的挤出丝宽度。你可以 找到这个设置，点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“挤出机（Extruder） 标签页”。每个挤出机，都有自己单独的挤出丝宽度，所以请确保从列表上，你选择相应的 挤出机，来查看设置。如果挤出机丝宽度，确实小于喷嘴直径，那这可能导致问题。一般来 说，挤出丝宽度，需要是喷嘴直径的 100%到 150%之间。如果你的挤出丝宽度，远比喷嘴直 径小（比如，0.2mm 的挤出丝宽度，0.4mm 的喷嘴直径），这样挤出机将无法稳定地挤出线材。

23.5 耗材质量太差

另一个我们还没有提及的，与挤出不稳定的相关的因素是，你所使用的线材的质量。质 量差的线材，可能包含其它添加剂，影响挤出的稳定性。也可能是线材的直径不稳定，也会 导致挤出不稳定。最后，很多塑料，随着时间，都有降解的趋势。例如，PLA 倾向空气中的 水分，这将导致打印质量下降。这就是为什么 PLA 耗材包装中，都有干燥剂，来帮助清除耗 材卷中的水分。如果你觉得是你的耗材有问题，试着更换一卷新的，没有拆包的，高质量的 耗材，看问题是不是可能解决。

23.6 挤出机机械故障

如果你检查了以上所有情况，但仍然有挤出不稳定的问题，那么你可能需要检查你的挤 出机，是否有机械故障。例如，很多挤出机，使用带有尖利齿的驱动齿轮，齿轮咬入线材。 这使挤出机前后抽拉线材更容易。这种挤出机通常可以调节齿轮对线材的压力。如果设置得 太松，驱动齿轮将无法咬入线材得足够深，这会影响挤出机，精确控制线材位置的能力。咨 询你的打印机提供商，看你的打印机，是否也有类似调节机制。

22.1 重新设计有薄壁的模型

最显而易见的选择是，重新设计你的模型，使其只包含比你的喷嘴直径大的特征。通常 这涉及到编辑 CAD 文件中的 3D 模型，以修改细微特征的尺寸。当你增加细微特征的厚度之 后，你可以重新导入模型到 Simplify3D，来检查你的打印机是否能打印你创建的 3D 形状。 如果特征能在预览模式中看到，那么打印机可以打印经过修改的特征。

22.2 安装开孔直径更小的喷嘴

多数时候，你都没法直接编辑原始 3D 模型。例如，它可以是其它人设计的，或者你从 网上下载到的。此时，你需要考虑为你的打印机，配第二个喷嘴，以便打印细微特征。多数 打印机，喷嘴都是可以拆卸的，这使得买后自己调整比较容易。例如，你可以同时买一个 0.3mm 和一个 0.5mm 的喷嘴，这样有两种选择。联系你的打印机提供商，获得准确的，关 于如果更换更小喷嘴的说明。

22.3 最后一个办法，强制软件去打印更小的细节

如果你不能重新设计 3D 模型，你也无法在你的 3D 打印机上，更换更小的喷嘴，那么 你还有最后一个选择。你可以强制软件去打印这些细微特征。然后，这可能会有一些打印质 量问题。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“挤出机（Extrusion） 标签页”，你能手工设置打印机所使用的挤出丝宽度。例如，你的喷嘴是 0.4mm，你可能选 择自定义宽度为 0.3mm，来强制软件打印小到 0.3mm 的特征。然而，如上所述，大多数喷嘴都无法精确产生一个，小于其开孔直径的挤出丝，所以，请仔细观察你的打印机，确定这 些特征的打印质量，是可接受的。

21.1 调整薄壁行为

第一个你需要检查的是，Simplify3D 中关于壁的专用设置。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“高级（Advanced）标签页”，来查看。软件包含了非常有用 的特性，称作“缝隙填充（gap fill）”。如它的名字一样，它可以使你的打印机，填充薄壁间 的细小缝隙。要开启这个设置项，请确保“在需要的时候，允许缝隙填充”是勾选状态。开启这个选项后，如果你仍然发现薄壁中有间隙，有另外一个设置也可以试试。打开“填充标 签页”，增加“轮廓重叠”设置的值，这将让薄壁间的缝隙填充的空间更多。例如，你之前设 置轮廓重叠的值是 20%，试试将值改为 30%，来看看薄壁会不会变得更结实。

21.2 修改挤出丝宽度，以便配合更好

有些情况下，你会发现，通过修改喷嘴挤出塑料的宽度，可以获得好运气。例如，如果 你打印一个 1.0mm 的薄壁，通过喷头挤出 0.5mm 的挤出丝，打印将又快又结实。这种方法 在打印件壁厚不变的时，将非常有效。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”， 打开“挤出机（Extrusion）标签页”，你可以调整挤出丝宽度。选择一个建议线宽，输入你 选择的值。

20.1 打印太快

最常见的导致回环纹理的原因是，你试图以过快的速度打印。当打印机突然改变方向， 快速的运动将会导致更多的力量，从而产生挥之不去的振动。如果你觉得你的打印机，打印 得太快了，试着降低打印速度。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“其它（Other）标签页”，来设置。你需要调整“默认打印速度”和“X/Y 轴移动速度”。前 一个设置，控制着挤出机挤出塑料时的移动速度，后面第二个控制着没有塑料挤出时的挤出 机的快速移动速度．你需要调整这两个设置，来看影响．

20.2 固件加速度

你的 3D 打印机主板里面的固件,通常会有加速度控制,来避免突然转向。这个加速度设 置，会使打印机，在转向时，平缓地加速和减速。这个功能对避免回环至关重要。如果你能 够修改固件，你甚至可以降低加速度，来使速度变化更平缓。这非常有助于减少回环。

20.3 机械故障

如果其它办法都没法解决回环的问题,那么你可能需要检查一下机械方面的因素,可能导 致过多振动．例如，螺丝可能松了，支架可能破损了，都会导致过多振动产生．在打印时， 仔细观察你的打印机，试着检查一下，振动是从哪儿产生的．我们的很多用户，最终追踪问 题是打印机机械故障了．所以，当上面的建议无效时，你有必要检查一下．

19.1 挤出不稳定

这个问题，最可能的原因是线材质量不行。如果线材公差较大，你会在打印件的外壁会 发现这种变化。例如，你的整卷耗材直径只波动 5%，从喷嘴中挤出的塑料线条宽度，将改 变 0.05mm。这种额外的挤出量，将导致相应层的比其它层更宽，最后在打印件的外壁将看到一条线。为了产生一个平滑的表面，你的打印机需要一个稳定的挤出条件，这要求高质量 的耗材。请阅读不稳定的挤出，来获知其它导致波动的原因。

19.2 温度波动

大多数 3D 打印机，使用针脚来调节挤出机的温度。如果针脚调谐不正常，挤出机的温 度，将会随着时间流逝而波动。鉴于针脚控制的原理，这种波动会频繁重现，这意味着，温 度会像正弦波一样波动。当温度太高时，塑料的挤出顺畅度，跟它更冷一些的时候相比，是 不同的。这会导致打印机挤出的层不一样，导致打印件外表面出现纹理。一个正确调谐的打 印机，应该可以将挤出机的温度，控制在正负 2 度之间。在你打印过程中，你可以使用 Simplify3D 的设备控制面板，来监控挤出机的温度。如果它的波动超过 2 度，你需要重新校 准针脚控制器。请与你的打印机提供商联系，以获得关于如果操作的，更详尽的信息。

19.3 机械问题

如果你确认，不稳定的挤出和温度波动不是罪魁祸首，那么有可能是机械故障，导致了 打印件表面的线性纹理。例如，如果打印平台，在打印过程中晃动，会导致喷嘴位置波动。 这意味着有的层会比其它层更厚。这些较厚的层，将在打印件外表产生线性纹理。另一个常 见的问题是，Z 轴丝杆没有正确安装。例如，回差问题，或者电机细分控制不足。即使平台 出现很小的变化，都将到每层的打印质量产生明显的影响

18.1 边沿数量不足

为打印件，增加更多轮廓外沿，将明显增强基础。因为打印件里面，通常是部分中空的， 外沿墙薄厚，将影响很大。点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“层（Layer）标签页”，来调整。例如，你之前打印 2 层外沿，试试打印 4 层外沿，看看间隙是 否消失。

18.2 顶层实心层数不足

另一个常见的，导致基础不牢的原因是，你的打印顶层实心填充层数量不足。太薄的上 壁，无法充分支撑在它上面打出来的结构。修改这个设置，可以“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“层（Layer）标签页”。如果你之前使用 2 层顶层实心层，试 试 4 层实心层，看看会不会有改善。

18.3 填充率太低

最后一个你需要检查的设置是填充率，它在“切片设置”下方或“填充”标签页下，通 过一个滑动条控制。顶层实心层是建构在顶层填充之上的，所以足够的填充以支撑这些层， 是很重要的。例如，你之前设置的填充率是 20%，试试增加这个值到 40%，看看打印质量是 否有改善。

17.1 挤出塑料过多

首先你需要确定的是，你的挤出机，没有挤出过多塑料。如果挤出过多塑料，每层将倾 向于比预设的要厚。这意味着，当喷嘴从每层上移动通过时，它可能会拖拽之前过度挤出的 塑料。在你检查其它设置前，你需要确定你有没有挤出过多塑料。请参考“挤出过多”章节来了解更多。

17.2 垂直抬升（Z 抬升）

如果你确定挤出机，挤出塑料量的正确的，但仍然遇到喷嘴在上表面拖拽的问题，那么 你有必要看一下 Simplify3D 中的垂直抬升设置。开启这个选项，将导致喷嘴，在之前打印的 层上面运动前，抬升一段距离。当它到达目标位置，喷嘴将移回到原来高度，以备打印。通 过向上移动一定的高度，可以避免喷嘴刮伤打印件的上表面。要开启这个功能，点击“修改 切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“挤出机（Extruder）标签页”。确定回抽开 启，然后设置“回抽垂直抬升”的距离，看你想喷嘴抬升多高。例如，你输入 0.5mm，在 移动到一个新位置前，喷嘴将总是抬升 0.5mm。请注意，抬升只会在回抽动作时发生。如 果你想确保在打印机每一个移动发生前，都回抽，请点击“高级标签页”，然后确保“只在 通过开放区域时回抽”和“最小化回抽移动“，这两个选项是关闭的。

15.1 轮廓重叠不够

Simplify3D 有一个设置，允许你调整外轮廓与填充之间的粘合强度。这个设置称作“轮 廓重叠（Outline Overlap）”，它决定了多少填充会重叠在轮廓上，来使用这两部分连接起来。 点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打开“填充（Infill ）标签页”，可以 找到它。 这个值是根据你的挤出丝宽度的百分比来定的，所以对于不同规格的喷嘴，它很容易扩展和调整。例如，如果你设置 20%的重叠，这意味着软件会命令打印机，填充会与最 里面的外沿边重叠 20%。这种重叠，有助于确保这两部分粘合有力。例如，你之前是使用 20%的重叠，试着增加到 30%，来看看是否沿边与填充之间的间隙消失了。

15.2 打印太快

你的打印件填充部分的速度，比轮廓快太多。如果填充打印得太快，会导致它没有足够 多的时间与外轮廓粘合。如果你试着增加轮廓重叠，但是仍然看到轮廓与填充之间的间隙， 那么你需要降低打印速度。你可以点击“修改切片设置（ Edit Process Settings）”，打 开“其它（Other）标签页”，来设置。调整“默认打印速度”，这决定挤出机处于挤出塑料 状态时，所有移动的速度。例如，你之前设置打印速度是 3600mm/min(60mm/s)，试试打这 个值减少到一半，看填充与轮廓间的间隙会不会消失。如果在低速时，间隙不再出现，逐步 提高打印速度，直到你找到你打印机的最佳速度。