优化 3D 打印：策略性暂停、嵌件与色彩过渡

当 FDM 3D 打印机用户达到中级水平时，会寻求提升打印件的复杂度，无论是功能性还是表面处理。下文将探讨一系列通过程序化停机和金属嵌件提升 3D 打印机性能的技巧。

程序化停机

程序化停机操作简单，但许多用户不敢尝试。第一步是精确知道想要停止打印的高度（毫米）。根据所用切片软件，可直接获取（第 X 层）或间接获取（X mm）。后者需找到想要停止的层号，乘以层厚得到总高度（毫米）。

已知总高度（如 14 mm）后，有两种编程停机方式：直接在 GCode 中或在切片软件中。

早期通过修改零件 GCode 在所需高度编程停机。用户需找到层高（Layer），在下一行代码输入命令 M600。这是使用 Marlin 或衍生固件的 3D 打印机预定义的换丝命令。

图 1：含 M600 停机的 GCode

目前有更简单的停机方法。Cura 等切片软件有插件可执行不同类型停机。因操作简便，下文解释可能的停机类型。

换丝

换丝停机适用于单挤出机打印多色零件，但用户设计时须注意：仅适用于 Z 轴方向、不同层高的颜色变换。在 Cura 中编程："扩展 → 后处理 → 修改 GCode" 选择 "换丝"，设置层高、回抽长度、插丝长度及停机时热端移动位置。此配置可重复多次。

图 2：Cura 3D 换丝。来源：Cura 3D

指定高度停机

在特定高度停机可向正在打印的零件嵌入元件，如其他打印件、磁铁或螺母。在打印件中嵌入螺母是制造功能性零件时非常有趣且高效的操作。设计时须考虑螺母尺寸（两轴对边距离）、所需容纳间隙及螺母放置位置。若螺母位置留有无材料空间（常见于螺母不平行于打印底板时），建议在螺母上方打印一块填充件，占据不需要的间隙直至停机层高。下图展示上述说明：紫色为基础件，赭色为螺母，蓝色为填充间隙的打印件。

图 3：如何在倾斜面嵌入螺母。来源：Markforged

此类停机在 Cura 中编程："扩展 → 后处理 → 修改 GCode" 选择 "指定高度暂停"。无论此类停机还是"换丝"，打印机到达选定高度后停止打印，直到用户按屏幕任意键恢复。

金属嵌件

在打印中嵌入螺母的替代方案是使用金属嵌件。无论嵌件类型，用户必须明确嵌件的两个关键因素：抗拔出强度和抗旋转强度。抗拔出强度是拧紧螺丝时嵌件抵抗脱离孔位的能力，可通过增加嵌件长度提高。抗旋转强度是拧紧螺丝时嵌件抵抗自转的能力，随孔径增大而增加。另一通用考量因素是各类型和尺寸嵌件所需直径，需查阅制造商技术数据表获取推荐孔径。

明确上述要点后，3D 打印中常用两类嵌件：热熔螺纹嵌件和自攻螺纹嵌件。

热熔螺纹嵌件

此类嵌件用于热塑性材料，低温熔化。使用简单，仅需热熔枪或其他热源，通过热接触嵌件。其几何设计使塑料从孔壁熔化时形成牢固结合，防止拔出或自转。

图 4：植入热熔嵌件。来源：Markforged

此类嵌件适用于大多数FDM 3D 打印使用的材料和零件。

Ensat 型自攻螺纹嵌件

某些用于SLS 和光固化打印的材料熔点较高或受热不稳定。此类情况建议使用自攻螺纹嵌件（Ensat 衬套）。

此类嵌件允许高载荷、耐高温的螺丝连接。其底端锥形配合切削槽，自动在孔内攻出螺纹。植入仅需一颗内径匹配嵌件的螺丝和两颗螺母组成双螺母锁紧。

图 5：双螺母锁紧系统。来源：Norelem

这两类嵌件也有专用工具，推荐常规执行此类工序的用户使用。

结语

遵循上述建议，任何 3D 打印机 用户均可通过提升零件功能性来拓展应用领域。