3D打印切片軟件Cura自適應(yīng)層介紹

魔猴君  知識(shí)堂   40天前

3D打印機(jī)最重要的切片機(jī)設(shè)置之一是層高，它定義了組成模型的每層的距離。層高越高意味著層越厚，從而可以在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)大的打印件。相反，層高越小，則為在模型上打印細(xì)節(jié)（例如小特征）提供了更多空間，但由于使用的層數(shù)增加，模型會(huì)更弱，并且需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

UltiMaker Cura是熔融沉積成型(FDM)3D打印機(jī)最流行的切片程序之一，其中的自適應(yīng)層設(shè)置允許層高在整個(gè)打印過程中發(fā)生變化。在本文中，我們將介紹自適應(yīng)層的工作原理，并討論該功能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。我們還將回顧與Cura中的自適應(yīng)層功能相關(guān)的不同設(shè)置以及如何調(diào)整它們。

自適應(yīng)層為何有益？

圖1：自適應(yīng)層功能可使3D打印的曲線更加平滑（來(lái)源：ChrisTerBeke通過GitHub）

使用一致的層高時(shí)可能出現(xiàn)的一個(gè)問題是，如果模型的高度值不能被定義的層高整除，則頂部可能會(huì)被截短。因此，1.1毫米高的模型將用五個(gè)0.2毫米的層打印，因?yàn)榇蠖鄶?shù)3D切片程序都會(huì)四舍五入（通常向下舍入）。

自適應(yīng)層對(duì)于3D打印非常有用，因?yàn)樵谡麄€(gè)打印過程中使用相同的層高并不總是有益的。該功能于2017年首次在Cura中發(fā)布，此后經(jīng)過改進(jìn)，現(xiàn)在您可以控制其工作原理的更多方面。其他切片程序中也有類似的功能，例如PrusaSlicer和Bambu Studio中的可變層高設(shè)置。

自適應(yīng)層最明顯的好處是它們可以確保打印更準(zhǔn)確、更精確，因?yàn)榍衅瑱C(jī)不必對(duì)用于打印的層數(shù)進(jìn)行四舍五入。非平面打印也可用于防止高度縮短。此過程使用跨越3D空間（而不僅僅是X軸和Y軸）的層，也可以提高零件精度，但設(shè)置起來(lái)更復(fù)雜，并非總是可用。

此外，自適應(yīng)圖層功能將在模型最有利時(shí)使用較小或較大的圖層高度，因此您不必選擇是想要強(qiáng)大的打印還是詳細(xì)的打印。例如，假設(shè)您正在打印燈柱。自適應(yīng)圖層設(shè)置將告訴您的切片機(jī)對(duì)模型的無(wú)特征軸使用較大的圖層高度，對(duì)零件更詳細(xì)的燈罩區(qū)域使用較小的圖層高度，以捕捉所有細(xì)節(jié)。

自適應(yīng)層的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是，由于這些Z軸細(xì)節(jié)使用的層高較小，因此模型Z軸上的曲線特征更平滑。不過，值得一提的是，XY平面曲線的質(zhì)量和精度不會(huì)受到自適應(yīng)層的影響，因?yàn)閷痈邇H影響Z軸特征。

它是如何工作的？

圖2：通常在打印時(shí)會(huì)使用相同的層高，但自適應(yīng)層...會(huì)適應(yīng)?。▉?lái)源：fntsmn via Reddit）

自適應(yīng)層功能允許打印機(jī)更改模型的層高，以最大限度地縮短打印時(shí)間（即盡可能使用較厚的層），同時(shí)最大限度地提高打印質(zhì)量（即在需要時(shí)使用較薄的層）。該功能告訴切片機(jī)根據(jù)模型的形狀和結(jié)構(gòu)分配不同的層高。結(jié)果是，在模型中具有小而精確特征的更詳細(xì)區(qū)域使用較小的層高，而對(duì)更基本的區(qū)域使用較大的層高。

據(jù)UltiMaker介紹，切片引擎一旦激活，就會(huì)分析導(dǎo)入的模型，測(cè)量外表面的斜率和角度。自適應(yīng)層功能會(huì)根據(jù)這些信息確定哪種層高最能縮短打印時(shí)間，同時(shí)又不會(huì)犧牲設(shè)計(jì)中包含的細(xì)節(jié)。

構(gòu)成Z軸曲線（橫跨Z軸的3D曲線）或其他小型Z軸細(xì)節(jié)的模型圖層被分配較小的層高，以確保曲率更平滑。本質(zhì)上，這就像在渲染3D球體時(shí)使用更多多邊形，因?yàn)槭褂幂^小的層高不會(huì)改變模型，但會(huì)使實(shí)際打印看起來(lái)更像它。

另一方面，構(gòu)成打印件垂直、平坦部分的圖層被分配了較高的層高。這是因?yàn)榇蛴〖倪@些區(qū)域不需要太多細(xì)節(jié)，使用較小的層高不會(huì)對(duì)打印模型的外觀產(chǎn)生太大影響。您可以將其視為使用低多邊形數(shù)來(lái)渲染3D立方體；最終只需要六個(gè)多邊形正方形（或12個(gè)三角形）。如果您使用更多多邊形，模型的外觀不會(huì)改變。

在典型的3D對(duì)象上激活此功能的最終結(jié)果是切片模型將能夠具有逐漸增加或減少的層高。您在Cura中設(shè)置的層高始終被視為基線層高，調(diào)整后的層高僅與其略有不同，我們將在最后一節(jié)中詳細(xì)討論這一點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

圖3：預(yù)覽中不同的層高用不同的顏色表示（來(lái)源：All3DP；模型：Ant via Printables）

現(xiàn)在您知道了Cura的自適應(yīng)層功能如何工作，讓我們來(lái)了解一下它如何提供幫助！

自適應(yīng)層的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)取決于您計(jì)劃使用較小還是較大的層高進(jìn)行打印。

如果您計(jì)劃使用較小的層高，激活自適應(yīng)層將導(dǎo)致打印精度和細(xì)節(jié)略有下降，但打印速度會(huì)更快，材料消耗也會(huì)減少。另一方面，如果您在要使用較大層高的模型上使用自適應(yīng)層，您將看到模型精度細(xì)節(jié)有所改善，打印時(shí)間和材料消耗會(huì)略有增加。

Cura自適應(yīng)圖層功能的另一大優(yōu)勢(shì)是，與只使用較大層高相比，減少了對(duì)后期處理（如打磨）的需求。這是因?yàn)檩^小的層高用于模型的Z軸曲線和細(xì)節(jié)，因此您無(wú)需打磨太多即可獲得光滑的表面。然而，這也意味著與從一開始就只使用較小層高相比，您需要打磨更多。

優(yōu)點(diǎn)

與僅使用較大的層高相比，Z軸曲線和細(xì)節(jié)有所改善

模型在Z軸高度上將更加精確

與僅使用較大的層高相比，減少了后期處理的需求

與僅使用較小層高相比，打印速度更快

與僅使用較小層高相比，材料消耗更少

缺點(diǎn)

與僅使用較小的層高相比，Z軸曲線和細(xì)節(jié)質(zhì)量較低

切片時(shí)間較慢（需要更多的計(jì)算能力，但仍然不多）

與僅使用較小的層高相比，需要進(jìn)行更多的后期處理

與僅使用較大的層高相比，打印速度較慢

與僅使用較大的層高相比，材料消耗更高

總體而言，Cura中的自適應(yīng)圖層功能是充分利用小層高和大層高優(yōu)勢(shì)的絕佳方式。由于該功能幾乎適用于任何場(chǎng)景，因此最好在切片器配置文件中保持該功能處于激活狀態(tài)，僅在需要一致的層高時(shí)才將其禁用。

設(shè)置

圖4：您可以在“實(shí)驗(yàn)”設(shè)置部分激活自適應(yīng)層功能（來(lái)源：All3DP；模型：Ant via Printables）

現(xiàn)在您已經(jīng)了解了Cura中的自適應(yīng)層、其工作原理及其作用，我們將介紹如何使用和調(diào)整切片器配置文件中的自適應(yīng)層功能以充分利用其優(yōu)勢(shì)。此過程的第一步是激活該功能：

1、在Cura中，單擊打印設(shè)置框（綠色）。

2、單擊三個(gè)虛線圖標(biāo)（紅色），然后從出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“全部”，以便您可以查看Cura中的所有設(shè)置。

3、向下滾動(dòng)到“實(shí)驗(yàn)”設(shè)置部分，找到“使用自適應(yīng)層”功能（紫色）或通過Cura的搜索欄（橙色）找到它。激活該功能（如果尚未激活）。

激活后，您應(yīng)該會(huì)看到下面出現(xiàn)一些相關(guān)設(shè)置。這些設(shè)置調(diào)整自適應(yīng)層公式的參數(shù)，以便您控制該功能對(duì)模型切片方式的影響。

最大變化：這定義了層高可以設(shè)置在離基礎(chǔ)層高多遠(yuǎn)的范圍內(nèi)。例如，如果您在Cura中將基礎(chǔ)層高設(shè)置為0.2毫米，并使用0.04毫米的最大變化，則使用的最小層高將為0.16毫米，最大層高將為0.24毫米。我們建議將此值保持在0.04毫米（Cura默認(rèn)設(shè)置），并且僅在您想要在打印件上混合更詳細(xì)或更快的層時(shí)才進(jìn)行小幅調(diào)整。

變化步長(zhǎng)：這是從一層到下一層的層高差。例如，假設(shè)此值為0.02毫米，切片機(jī)想要將層高從0.2毫米增加到0.3毫米。切片機(jī)將每層增加0.02毫米的層高，直到達(dá)到0.3毫米的層高。Cura默認(rèn)的0.04毫米應(yīng)該很好用，但如果您決定要調(diào)整設(shè)置，請(qǐng)以小幅度進(jìn)行調(diào)整以確保打印不會(huì)失敗。

地形尺寸：這控制從一層到下一層的水平偏移距離。地形尺寸越大，意味著連續(xù)層在X軸和Y軸上的距離越遠(yuǎn)。垂直連續(xù)層之間的水平距離越大，可以使用更大的層高，從而產(chǎn)生更厚的層，模型上的細(xì)節(jié)更少，打印效果更強(qiáng)。反之亦然。您可以將此設(shè)置保留為默認(rèn)值0.2毫米，或者如果您需要更堅(jiān)固的部件，可以將其增加以增加層厚。

編譯整理：ALL3DP