影响打印精度的因素详解

我们知道，树脂打印结果的准确性受多种因素影响，其中分辨率和打印尺寸是最重要的。在本文中，我们将讨论分辨率和打印尺寸等常见因素如何影响树脂打印的精度。

X/Y 分辨率和打印尺寸

树脂 3D 打印包含了立体平版印刷术（SLA），数字光处理（DLP）以及液晶显示（LCD）三种常见打印方式，他们使用不同的光源来固化模型并逐层形成。

对于树脂 3D 打印来说，X/Y 方向的分辨率是指可以投射到树脂表面的 UV 单元的数量，而打印尺寸是指 UV 单元可以投射到的面积。简而言之，打印精度与分辨率成正比，与打印尺寸成反比，这很像我们的手机屏幕，屏幕的清晰度是由 PPI（每英寸像素）决定的，PPI 越高，清晰度越高。树脂 3D 打印也是如此。我们还可以使用 PPI 来测量树脂 3D 打印机的精度。 PPI 计算如下：

$PPI = \frac{\sqrt{\text{X}^2+\text{Y}^2}}{\text{屏幕对角线长度}}$

您可能想知道 UV 单位是什么。事实上，UV 单元的大小是由光源或屏幕的像素大小决定的。如：SLA 激光光源、DLP 投影光源、液晶面板像素尺寸。要弄清楚它们之间的区别，首先要了解它们的成像原理。

成像原理

SLA 是通过用紫外激光去勾勒模型的每一层，由两个连接电机的振镜驱动，他们被称为“电流计”或“检流计”(一个在 X 轴，一个在 Y 轴)。两个镜子把激光快速瞄准到目标打印区域，一边移动一边固化树脂。为了打印出一个实体物体，SLA 必须将实体一层一层地分解成一系列的点和线，这些点和线传递给“检流计”，形成一组坐标，激光会追踪它们的成像轨迹。

DLP 使用数字投影仪在整个平台上一次性地投影每一层的单个图像。由于每一层的图像都是数字显示，因此它是由许多正方体素组成的。

LCD(MSLA) 和 DLP 几乎一样，但是 LCD(MSLA) 是 LED 光源而不是投影仪光源。屏幕充当掩膜，只显示当前层所需的像素。

例如，某打印机在 X 轴方向的成型宽度是 68mm， X 轴方向的像素数量为 1440，那么，其 X 轴方向的像素精度为：

$\frac{68\text{mm}}{1440\text{px}} \footnotesize{\approx 47 \mu m}$

Y 轴方向同理。

NOTE

需要注意的是，由于每个像素都包含 TFT 元件且相邻像素之间有间距，每个像素的有效曝光面积会略小于这里的计算出来的单个像素面积。

在 3D 打印的众多影响因素中，没有哪个因素能比 XY 轴分辨率（最小成像精度）对精度的影响更大。XY 轴分辨率是在光源在水平方向固化某一条线或某个层面的最小成像尺寸。一般说来，像素精度越小，细节呈现越好。

在 CHITUBOX 中设置分辨率和打印尺寸

如果分辨率和打印尺寸设置不正确，模型将会失真。

一般来说，厂家会提供这些出厂数据，以 Elegoo Mars Pro 为例，我们可以查到，规格表里的成型尺寸（Build Volume）是 120 x 68 x 155 mm，此外还有一组 68.04 x 120.96mm 的显示面积（Display Area）。虽说两组数据差别不大，但我们都知道差之毫厘谬以千里，即使零点零几的差距，也会造成 XY 方向的精度失真。

这两个面积很容易造成新手的困惑，实际上 Elegoo Mars Pro 屏幕面积是 68.04 x 120.96mm，但由于装配方式的问题，LCD 打印机安装时钢化玻璃为避免漏光，会遮挡屏幕边缘（一般情况下，DLP 打印机不会出现此情况），导致能打印的成型区域只有 68 x 120mm，但是分辨率需要与打印尺寸匹配（不匹配会导致图像缩放），因此填写 68.04 x 120.96mm 参数才是正确。

好在 CHITUBOX 内置的机型，已经默认填写了最佳的尺寸参数，即使不是很了解这个问题也不用头疼。大部分用户不会把模型放到成型平台的最边角，因此显示面积稍微缩小，并不影响实际使用。

但如果装配方式导致实际打印的成型区域有较大的缩小（如 120.96mm 缩小为 115 毫米），这里依然需要填写 120.96mm 的参数，可以通过校准“构建区域偏移”来解决这个问题

Z 方向精度

层厚

分辨率和屏幕尺寸共同决定模型在 XY 方向上的精度，而层厚则决定了模型在 Z 方向上的精度。层厚即每次曝光前打印平台在 Z 方向上相比于前一次曝光时的相对位移距离，层厚越小，模型精度越高，当然所花费的打印时间也会更长。打印平台是由步进电机通过丝杆进行控制的，理论上最小移动距离和步进电机的步距角和丝杆的导程（丝杆旋转一圈的位移距离）有关，但也可能会受到切片软件的限制。

$\footnotesize{\text{最小移动距离}} = \frac{\text{丝杆导程}}{\text{步进电机旋转一圈的总步数（包括细分）}}$

以步距角 1.8°，16 细分，2mm 丝杆导程为例，

$\tiny{\text{最小移动距离}} = \frac{2 \text{mm}}{\frac{360^\circ}{1.8^\circ} \times 16 \text{细分}} =\tiny{0.625\mu m}$

Z 轴稳定性

Z 轴稳定性可以通过观察机器的设计来了解。首先检查导轨和驱动电机的细分（绝大多数采用 16 细分的 A4988 或 256 细分的静音驱动芯片），然后检查 Z 轴装配的垂直度、真直度、中心度。

垂直度：Z 轴与屏幕安装平面组装后，是否是 90 度垂直度。

真直度：Z 轴的光轴是否从头到位都是真正的一直线。

中心度：Z 轴导轨与传动丝杆两个上下移动时的间距是否都是等距, 如果等距的话, 表示两者的中心度就是平行在两条中心轴上。

此外，成型平台固定螺丝和关节、悬臂都会影响到 Z 轴的稳定性。

其他影响因素

除了屏幕分辨率和层厚度之外，还有许多其他因素需要考虑。开始 3D 打印时，要有耐心，不要从一开始就期望完美的打印质量，经验是通过反复试验获得的。最后但并非最不重要的一点是，准确的 3D 切片设置对于 3D 打印质量尤其重要。

支撑添加不够

大部分模型需要合适的支撑，如果支撑添加的不够、太细、位置不对，可能造成模型的歪斜甚至变形，从而影响到精度。可以通过调整 CHITUBOX 中的支撑参数，并且优化摆放角度，来优化支撑结构。

曝光不足或过曝

曝光对于模型的精度同样有影响，一般来说，曝光不足会导致模型相对于实际尺寸偏小，而过曝会导致模型相对于实际尺寸偏大。

酒精浸泡过久

树脂可以吸收酒精，导致膨胀或卷曲。尤其是是有薄壁，细柱类的精细部位，更是不能酒精里长期浸泡。建议用超声波机震动清洗不超过 2 分钟，在酒精里浸泡不超过 10 分钟。