精通 3D 打印：第 1 部分 — 单元测试与公差，实现精准高效构建

欢迎来到新博客系列"面向 3D 打印设计 (DF3DP)"。DF3DP 旨在分享使用任意 3D 打印机时的技巧窍门，指导您降低成本、缩短打印时间、减少材料用量，同时确保零件首次打印即符合预期。

我们都经历过：打印耗时数小时的零件，却发现配合不够完美，从而在坏件上浪费宝贵打印时间与材料。3D 打印是免看管制造过程，CAD 模型发送打印机后几乎无法更改。零件可能耗时数小时甚至数天，若有截止日期，完全重印修正公差的零件在时间或金钱上往往负担不起。因 FFF (熔丝制造) 热收缩，打印机常不按指定尺寸打印，故必须考虑公差。本文指导您如何在打印整个零件前确保 3D 打印公差正确。

这就是 3D 打印单元测试大显身手之处。单元测试源自软件术语，指在集成完整脚本前独立验证小代码片段。我们将同理应用于 3D 打印：打印稍后将集成到大型设计中的小而快的片段，以在打印庞大零件前验证其功能与配合。

例如，我正在设计的原型 3D 打印蚁量级格斗机器人，其顶部通过一组燕尾槽滑入底座 (下图圈出一组)。上下两部分合打需 4 天 7 小时，所以我要先做单元测试确保槽尺寸正确再全打。

设计良好的 3D 打印单元测试

优秀单元测试应快速易于设计与打印 (我通常目标 0.5-1 小时)。我建模单个微型槽对，再复制多份并赋予不同面偏移距离，从无偏移到所有燕尾面 -0.2 mm 偏移。即每个公槽轮廓比前一个更薄。

我也加了编号提醒自己各偏移对应值，如下 CAD 截图所示：

测试 3D 打印单元测试

注意：须按最终零件打印朝向打印单元测试，以最大化准确度。打印仅耗 1 小时 15 分，远优于打印整个机器人底盘再发现滑槽公差不准。

测试时，我将母槽件滑入各公槽，从最大偏移 (-0.2 mm) 逐步到 0.0 mm。

-0.2 mm 偏移过松 —— 不想机器人顶部直接滑落。-0.15 mm 与 -0.1 mm 尚可但不够紧。-0.05 mm 刚好 —— 够紧不易脱落，稍用力可拆卸。0.0 mm 偏移对我稍紧。现在我可在最终设计输入 -0.05 偏移值，确信滑配合将如预期工作。还有其他特征会真正锁定顶部，但连接两件的槽是我不确定的公差。

单元测试其他用途

单元测试对任何公差都极有价值，即使只是摸清打印机特定条件下行为。例如，想了解某 3D 打印机孔公差，可打印类似下图件：

随后测量孔径与 CAD 标注值对比，从而掌握各平面需预留的孔公差。此测试可作为未来设计参考，辅助不止一个、而是许多 3D 打印零件设计。

此外，用我们打印机可进阶单元测试：假设需打印整个机器人底盘，但想在投入碳纤维强化前确认所有组件能装入。可制作 3D 打印配合原型，测试组件与打印件互相装配，再引入纤维。这再次减少材料浪费、降低成本，让您在承诺打印纤维增强件前验证最终几何与纤维铺放形式。

单元测试的真实价值

假设我打印整个底盘与顶部，却搞砸槽公差。则需重印整个东西两次，或花数小时修理古怪微小几何特征，没人愿干。打磨 3D 打印件使其配合，尤其涉及小几何时，常留疤痕、表面差、甚至意外破坏特征或暴露内部结构。显然打印小件+大件优于重印大件两次，若仍不信，这是我机器人的数字对比：

单元测试对大型 3D 打印件至关重要，若想首次成功。后处理是多数人预期 3D 打印必经步骤，无论打磨表面、钻孔、修整错位接头。在像 Mark Two 这样可靠精准的复合材料 3D 打印机上，后处理不必是必须步骤，单元测试能确保零件首次打印即符合预期。

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