3.5 熔融沉积成形工艺误差影响因素
3.5.1 材料特性对误差的影响
由于FDM工艺中涉及塑料材质的状态变化，即材料由喷嘴处的烙融状态挤出至成形平面上逐渐冷却至固态的过程，这个变化过程中材料的物理性能会发生变化（如密度增大，相应的体积也会减小），这种材料的特性是无法克服的，一旦材料确定则变化规律也确定。但是，成形过程中会受到工艺参数的影响。因此，合理设置各个工艺参数，尽量避免材料收缩引起的精度误差被放大。
在表3-3中，列出了FDM工艺中常用材料的特性及其主要物理性能。观察这几种材料可知，基本都存在收缩变形现象，只是数值大小不同，故要完全消除材料特性产生的误差非常困难。在设计模型时，合理选择材料与成形温度可防止不必要的误差产生。
表3-3 FDM工艺常用材料的相关特性
3.5.2 打印速度对误差的影响
受机械结构和运动稳定性的影响，打印速度不仅影响成形件的精度；同时，由于打印速度和丝线的挤出速度有一定的映射关系，所以还会影响到材料离开挤出喷头时的初速度。当材料被挤出时，从熔融状态变为固态的过程中冷却时间也是不尽相同的，从而导致挤出丝在每一条出丝直线上的热应力收缩条件都不一样，造成一定的精度误差。可见，在其他工艺参数都不变的条件下，打印速度不同，挤出材料的固化时间也不相同，最终导致材料的收缩变形量不同而产生变形。通过分析塑料件的物理属性可知，当打印速度较快时，材料的固化时间变短，收缩变形的幅度较小；当打印速度较慢时，材料的固化时间变长，收缩变形的幅度较大。
3.5.3 打印温度对误差的影响
打印温度主要指挤出头的设置温度，图3-13所示为PLA材料温度与形态变化关系。由于FDM工艺用的成形材料大多为高分子聚合物，所以其材料物理特性实际上与混合物相类似，那么材料的熔点不是一个确定温度而是一个温度的范围。
图3-13 PLA材料温度与形态变化关系图
如果PLA材料的熔点在155～185℃范围内，若是温度参数设置过低，则PLA材料并非完全熔化，仍有少量玻璃态材料存在，在挤出时会影响打印精度和喷头寿命；若是温度参数设置过高，PLA材料全部达到熔点温度以上时呈现液态属性。但是，PLA材料中有部分聚合物由于温度高于熔点将出现过烧现象，也会对成形精度造成影响，而且不同分子量的聚合物在冷却为固态时的热应力也有所差异，将会产生一定的热变形。
3.5.4 熔融沉积成形机器误差的影响
熔融沉积成形机器误差是设备本身的误差，属于系统误差，应尽可能减小。熔融沉积成形机器误差主要包括以下三种类型。
（1）工作台引起的误差
工作台引起的误差分成Z轴方向的运动误差和X-Y平面的误差。Z轴方向的运动误差会直接影响产品在Z方向上的形位误差，令分层厚度方向的精度变差，引起产品表面的粗糙度值增加，因而必须确保工作台面与Z轴的垂直度；工作台在X-Y平面的误差是指工作台表面不平，使得制件的理论设计形状与实际成形形状有很大差别。
（2）X、Y轴导轨的垂直度误差
X-Y扫描系统是采取X、Y轴的二维运动，X、Y轴选取交流伺服电动机通过精密滚珠丝杠传动，同时选取精密滚珠直线导轨导向，由步进电动机驱动同步齿轮的同时带动喷头运行。每个传动过程均会有误差的产生，设备的加工质量受到现代机械加工水平的制约，它是全部设备加工中普遍存在的问题，难以解决。为了尽量减小这种误差，必须定期检测和维护成形设备。
（3）定位误差
在X、Y、Z三个方向上，成形机的重复定位均可能有所不同，从而造成定位误差。
3.5.5 分层厚度对误差的影响
在通常情况下，实体表面产生的台阶将随着分层厚度的减小而减小，而表面质量将随着分层厚度的减小而提高，但是如果分层处理和成形的时间过长将影响加工效率。同时，分层厚度增大将使实体表面产生的台阶增大，降低表面质量，但是相对而言会提高加工效率。因此，在实际加工中，要兼顾效率和精度来确定分层厚度，必要时可通过打磨来提高原型表面质量和表面精度。
3.5.6 CAD模型误差
FDM的第一步就是设计理论上的三维CAD模型，这一步可由三维造型软件完成。为了进行下一步的模型切片分层处理，必须对此CAD模型进行转化。而多数快速成形系统使用标准的STL数据模型来定义成形的零件，它是一种用许多空间小三角形面片来逼近三维实体表面的数据模型。在CAD系统将三维CAD模型转换成STL数据模型的过程中，会出现对三维零件描述的一系列缺陷，主要有以下两个。
a.采用STL格式的三角形面片近似逼近CAD模型的表面，这本身即是近似的方法，此文件格式把CAD模型连续的表面离散成三角形面片的集合，当实体模型的表面均为平面时将不会产生误差。但对于现实中的物体而言，曲面是大量存在的，无论曲面精度如何高，也无法完全表达原表面，这种误差就是不可避免的。另一方面，当有数个曲面进行三角化时，位于曲面相交的地方将有缝隙、重叠、畸变等缺陷的产生，同样导致了模型精度的降低。
b.分层后的层片文件（采用CLI格式）用线段近似逼近曲线，又将引起误差。很多研究者提出了减小这类误差的措施，比如增加三角形面片的数目可以减小这类误差，但是不可能彻底消除它，而且增加三角形面片会使STL文件过大和加工时间延长。另外，一些研究者研究采用新的模型格式，比如用STEP格式替代STL格式，结果证明可以大大减小这类误差，但是STEP文件格式文件量比STL文件格式大很多，同样影响软件运算处理速度和时间。