分辨率、打印尺寸与精度相关性

 

---

 

提到3D打印，经常会听到分辨率、打印尺寸与精度的话题，这三者经常拿出来讨论，但却又很难搞懂。分辨率我们通常会联想到电子产品，那么，分辨率在3D打印中是指什么？分辨率和打印尺寸有什么关系？精度和分辨率指的是一件事情？当考虑到模型最终成型精度时，哪些因素最重要？XYZ轴？

 

不用觉得头大。今天，就跟小编一起来弄清楚他们之间的关系。

 

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），他们三者使用不同的光源来固化模型，一层层地成型。

 

SLA打印机结构

 

DLP打印机结构

图片来源：robotsinthesun.org

 

LCD打印机结构

 

在3D打印中，分辨率（长*宽）是指光源下固定数量的像素点，如：SLA的激光光源，DLP的投影光源，LCD的LED光源。

 

由于料槽大小的限制，成型区域/打印尺寸就被固定的死死的。分辨率和打印尺寸（成型区域）之间用公式表示就是：

 

宽度/X轴=长度/Y轴=像素精度

像素精度*分辨率（宽）=成型区域宽度

像素精度*分辨率（长）=成型区域长度

 

比如，一台DLP打印机装有一个分辨率为1920 x 1200的投影仪，这台投影仪就能提供2,304,000个像素点（长宽像素相乘而来）。如果成型区域的尺寸是7.6 x 4.7 x 9.06 英寸 (192 x 120 x 230 mm)，那么在X轴方向的成型宽度就是192mm。把192mm（X轴）分成1920（投影仪的分辨率（宽）的像素）份，就是0.1mm （100µm）。那么这台打印机的像素精度就是100µm。

 

图片来源：esri.com

 

总的来说，分辨率越高（像素精度越小），模型细节的呈现越好。如果设置时，分辨率和打印尺寸不匹配，模型就会扭曲和失真（如下图所示）。

 

左：扭曲失真   右：正常

 

X/Y/Z轴分辨率

 

3D打印机分辨率可以划分为两块：Z轴分辨率（垂直方向）和XY轴分辨率（水平方向）。

 

3D打印中，没有哪个因素能比XY轴分辨率（分屏分辨率或最小特征尺寸）对精度的影响更大。XY轴分辨率是在层面打印时水平面的最小移动单位。像素精度越小，细节呈现越好。

 

左：75µm Pixel   右：37µm pixel

图片来源：whipmix

 

因为成型平台的移动方式，Z轴分辨率与XY轴完全不同，需要分开来看。Z轴分辨率（垂直分辨率）是在层面打印时的最小层厚，直接影响模型的表明光洁度。层厚越小，表明光洁度越高。

 

左：100µm层厚   右：50µm层厚

图片来源：3dverkstan

 

但要注意的是，减小层厚并不是万能药，因为层厚越小，打印时成型平台在Z轴方向的移动就越多，需要更多的移动控制，甚至造成重定位错误。

 

切片软件很重要

 

3D打印是数字处理过程，需要切片软件将数字3D模型转换成打印指令，让3D打印机按照指令一步步打印。切片软件参数设置对成品模型影响很大，因此选择一款合适的软件并设置好参数，就能提升打印质量。

 

CHITUBOX作为一款功能强大的免费切片软件，能在参数里设置分辨率和尺寸。同时内置了市面上主流的打印机参数，对于新手来说，一键式傻瓜操作更简单，不用再为复杂的参数头疼。

 

 

如果想打印出细节较好的模型，设置一个较薄的层厚和合适的打印速度很重要。CHITUBOX默认推荐0.05mm的层厚，再把打印速度调到65mm/分，打印精度会有很大提升。同时，抬升距离，曝光时间，灯灭延迟都可以自定义设置。

 

要是打印经验丰富，你甚至可以自己编写G-code，这是将3D模型转换成驱动打印机的指令文件。在CHITUBOX里导入编好的G-code，打印机就会按照指令一步步工作。

 

 

总而言之，3D打印精度和光源分辨率，像素精度，以及XYZ分辨率都有关系。但事实上，精度和分辨率的关系远比想象的更复杂，这中间需要考虑到很多影响因素。当开始3D打印时，要保持耐心，不要一开始就期待完美的打印质量，经验都是在试错中积累的。最后再强调的是，精准的3D切片设置对于3D打印质量尤为重要。