歡迎來到我們的博客專欄《3D打印設(shè)計（Designing for 3D Printing，DF3DP）》。DF3DP是一個系列文章，專門介紹使用任何3D打印機(jī)時要遵循的3D打印技巧和訣竅，3D打印機(jī)將幫助您減少生產(chǎn)成本，打印時間和材料，同時我們還將向您展示3D打印機(jī)是如何按照您初期的設(shè)計方案來協(xié)助完成您的零部件。
每當(dāng)您發(fā)現(xiàn)花費(fèi)大量時間和材料打印出的零部件，根本不符合您初期的設(shè)計要求時，不用擔(dān)心，我們會一直陪伴在您身邊幫您解決問題。3D打印是一個無人值守的制造過程，所以一旦您將事先設(shè)計好的CAD模型發(fā)送到打印機(jī)后，您就無需再進(jìn)行修改。零件可能需要數(shù)小時甚至數(shù)天，如果您需要在期限內(nèi)完成打印，從時間或金錢的角度來看，使用更正的容差可以有效避免重印零部件給您帶來的損失。由于3D打印的零部件使用熔融絲制造技術(shù)（fusedfilament fabrication，F(xiàn)FF），成型的3D打印零部件尺寸可能會被壓縮，由于3D打印機(jī)通常不會精確的打印出您初期設(shè)置好的尺寸，因此打印前我們需要考慮到公差。在這篇文章中，我將指引您如何確保3D打印容差是正確的，以避免等到零部件打印出來后才發(fā)現(xiàn)錯誤。
這時單元測試便在3D打印零部件時派上了用場。單元測試傳統(tǒng)意義上來說是一種軟件術(shù)語，主要目的是針對一小段代碼片段進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行，測試成功后再將它們合并到完整的腳本中。我們打算通過3D打印來完成同樣的事情：快速打印局部零部件，然后將其集成到更大的設(shè)計中，以便在打印出完整零部件之前驗(yàn)證或測試它們的功能和適用性。

（我正在設(shè)計用Markforged打印機(jī)制作的3D打印微重量戰(zhàn)斗機(jī)器人） 

例如，我正在設(shè)計的這款3D打印的微重量戰(zhàn)斗機(jī)器人原型，其頂部通過一組楔形榫頭拖動的凹槽（其中一個在下面圈出）滑動到底座上。由于這兩部分零件需要107個小時才能打印完成，所以我想在打印所有零部件之前先進(jìn)行3D打印單元測試以確保凹槽尺寸的正確性。

（圖中用紅圈標(biāo)注出的戰(zhàn)斗機(jī)器人底盤兩側(cè)是一個凹槽，它將兩個零件鎖定在一起）

設(shè)計一個3D打印單元測試
精心設(shè)計的單元測試應(yīng)該能快速、簡單的進(jìn)行原型設(shè)計且方便打?。ㄎ彝ǔｊP(guān)注大約半小時到一小時的打印工作）。我模擬測試了一對微型凹槽，然后制作了不同偏移距的復(fù)制品，范圍從楔形榫頭的所有面上的無偏移量到-0.2毫米偏移量。這意味著每個凹槽輪廓比成品的更薄。

（每組手指的容差都稍有不同，我可以在它們每一個上測試母滑塊輪廓）

我還為不同偏移距的樣件標(biāo)上了記號,以便我能認(rèn)清不同尺寸的零件，如下圖所示：

（這個3D打印的單元測試可以讓我發(fā)現(xiàn)哪種尺寸)

測試3D打印單元測試
需要記住的一件事就是打印單元測試的方向，以便保證零件的打印精度能盡可能準(zhǔn)確地進(jìn)行測試。打印只需花費(fèi)1小時15分鐘，比打印整個機(jī)器人底盤快得多，然后發(fā)現(xiàn)我的滑入式凹槽的公差不好。

（凹槽軌道的3D打印測試）

為了測試它，我只是將凹槽輪廓片滑到不同的滑軌上，從最大的面偏移量（-0.2毫米）開始，并按照我的方式一個個軌道進(jìn)行測試，直到偏移0.0毫米結(jié)束。

（測試3D打印單元測試，發(fā)現(xiàn)-0.05毫米的公差符合我的要求）

-0.2毫米的偏移輪廓非常松散 - 我不希望機(jī)器人的頂部輕易脫落。-0.15毫米和-0.1毫米的男性形象是體面的，但不像我想要的那樣舒適。 -0.05毫米的偏移恰到好處 - 足夠舒服，它不容易被敲打，我可以用一點(diǎn)壓力將它滑下。還有輪廓，0.0毫米的偏移，對我的喜好來說有點(diǎn)過于緊張?，F(xiàn)在，我可以在設(shè)計中輸入-0.05偏移值，并且我確定它會按照我希望的方式滑動。 還有一些功能可以實(shí)際鎖定頂部，但連接兩個部件的凹槽是我不確定的公差。

（將的偏移尺寸添加到3D打印的戰(zhàn)斗機(jī)器人）

單元測試的其他應(yīng)用

單元測試對于任何類型的公差都是非常有價值的，即使您只是想了解您的打印機(jī)在某些情況下的測試效果。例如，要了解給定3D打印機(jī)上的孔公差，您可能需要打印機(jī)提供如下所示的內(nèi)容：

（您可以使用像這樣的孔容差測試來確保打印機(jī)的準(zhǔn)確性以及通過設(shè)計的孔尺寸和實(shí)際測量結(jié)果相互比較來確定螺栓孔所需的容差）

然后，您可以測量孔的尺寸，并將測量值與CAD模型中的尺寸值進(jìn)行比較，從而使您能夠清楚地了解在3D打印的零件上每個平面上所需的孔容差。 然后，您可以使用此測試結(jié)果作為在未來設(shè)計工作的參考，并且它可以幫助很多3D打印部件的校驗(yàn)和測試。此外，使用Markforged 3D打印機(jī)，您可以更近一步利用單元測試：假設(shè)您確實(shí)需要打印出整個機(jī)器人底盤，但首先必須您確定必須使用碳纖維材料。您可以先制作3D打印合身原型去進(jìn)行測試，以便在添加碳纖維進(jìn)行打印之前測試所有組件是否適合您的3D打印零部件（或使用其他方式）。這樣既減少材料浪費(fèi)又能降低成本，因此您可以在進(jìn)行打印之前測試?yán)w維填充零部件的幾何形狀和形狀。

（用于3D打印相機(jī)鏡頭罩的3D打印單元測試。用于確認(rèn)它能夠被鎖定在鏡頭上的薄環(huán)需要15分鐘的時間才能打印，而鏡頭罩整體需要4.5小時打?。?/p>

單元測試的真正價值
所以我們可以說打印了整個底盤和頂部，并且我弄亂了凹槽的公差。然后，我需要再次打印這整個零件，否則我將不得不花費(fèi)幾個小時去鉆研一個非常微小的幾何形狀，而沒有人真的想這樣做。后期對3D打印部件進(jìn)行打磨以使其能夠尺寸合適，特別是當(dāng)它們涉及小型幾何體時，通常會留下劃痕，表面粗糙度差，并且可能會意外破壞零部件功能性或暴露3D打印零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。很顯然，兩次3D打印大型零件不如花費(fèi)更多設(shè)計時間，然后打印一個小零件和一個大零件，以下是機(jī)器人打印的詳情表，以防您無法確信3D打印單元測試是否完成：

（單元測試只耗費(fèi)了一小部分時間，無需后處理）

單元測試對校對大型3D打印零部件是至關(guān)重要的，它可以幫您減小因?yàn)榇蛴〕叽鐔栴}而引發(fā)重復(fù)打印的概率。零件后處理是大多數(shù)人在3D打印后期必須經(jīng)歷的一個過程，無論是打磨表面，鉆孔還是減小誤差的環(huán)節(jié)。在與Mark Two一樣可靠和精確的3D打印機(jī)上，后期處理便不再是您必須采取的步驟，單元測試可以確保您的零件能較大程度的按照您希望的方式打印成型。