3D打印切片軟件Cura自適應層介紹

魔猴君  知識堂   143天前

3D打印機最重要的切片機設置之一是層高，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間內產生更強大的打印件。相反，層高越小，則為在模型上打印細節（例如小特征）提供了更多空間，但由于使用的層數增加，模型會更弱，并且需要更長的時間。

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

自適應層為何有益？

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

使用一致的層高時可能出現的一個問題是，如果模型的高度值不能被定義的層高整除，則頂部可能會被截短。因此，1.1毫米高的模型將用五個0.2毫米的層打印，因為大多數3D切片程序都會四舍五入（通常向下舍入）。

自適應層對于3D打印非常有用，因為在整個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中發布，此后經過改進，現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中的可變層高設置。

自適應層最明顯的好處是它們可以確保打印更準確、更精確，因為切片機不必對用于打印的層數進行四舍五入。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，但設置起來更復雜，并非總是可用。

此外，自適應圖層功能將在模型最有利時使用較小或較大的圖層高度，因此您不必選擇是想要強大的打印還是詳細的打印。例如，假設您正在打印燈柱。自適應圖層設置將告訴您的切片機對模型的無特征軸使用較大的圖層高度，對零件更詳細的燈罩區域使用較小的圖層高度，以捕捉所有細節。

自適應層的另一個重要優勢是，由于這些Z軸細節使用的層高較小，因此模型Z軸上的曲線特征更平滑。不過，值得一提的是，XY平面曲線的質量和精度不會受到自適應層的影響，因為層高僅影響Z軸特征。

它是如何工作的？

圖2：通常在打印時會使用相同的層高，但自適應層...會適應！（來源：fntsmn via Reddit）

自適應層功能允許打印機更改模型的層高，以最大限度地縮短打印時間（即盡可能使用較厚的層），同時最大限度地提高打印質量（即在需要時使用較薄的層）。該功能告訴切片機根據模型的形狀和結構分配不同的層高。結果是，在模型中具有小而精確特征的更詳細區域使用較小的層高，而對更基本的區域使用較大的層高。

據UltiMaker介紹，切片引擎一旦激活，就會分析導入的模型，測量外表面的斜率和角度。自適應層功能會根據這些信息確定哪種層高最能縮短打印時間，同時又不會犧牲設計中包含的細節。

構成Z軸曲線（橫跨Z軸的3D曲線）或其他小型Z軸細節的模型圖層被分配較小的層高，以確保曲率更平滑。本質上，這就像在渲染3D球體時使用更多多邊形，因為使用較小的層高不會改變模型，但會使實際打印看起來更像它。

另一方面，構成打印件垂直、平坦部分的圖層被分配了較高的層高。這是因為打印件的這些區域不需要太多細節，使用較小的層高不會對打印模型的外觀產生太大影響。您可以將其視為使用低多邊形數來渲染3D立方體；最終只需要六個多邊形正方形（或12個三角形）。如果您使用更多多邊形，模型的外觀不會改變。

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

優點和缺點

圖3：預覽中不同的層高用不同的顏色表示（來源：All3DP；模型：Ant via Printables）

現在您知道了Cura的自適應層功能如何工作，讓我們來了解一下它如何提供幫助！

自適應層的優點和缺點取決于您計劃使用較小還是較大的層高進行打印。

如果您計劃使用較小的層高，激活自適應層將導致打印精度和細節略有下降，但打印速度會更快，材料消耗也會減少。另一方面，如果您在要使用較大層高的模型上使用自適應層，您將看到模型精度細節有所改善，打印時間和材料消耗會略有增加。

Cura自適應圖層功能的另一大優勢是，與只使用較大層高相比，減少了對后期處理（如打磨）的需求。這是因為較小的層高用于模型的Z軸曲線和細節，因此您無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。

優點

與僅使用較大的層高相比，Z軸曲線和細節有所改善

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

與僅使用較小的層高相比，Z軸曲線和細節質量較低

切片時間較慢（需要更多的計算能力，但仍然不多）

與僅使用較小的層高相比，需要進行更多的后期處理

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中的自適應圖層功能是充分利用小層高和大層高優勢的絕佳方式。由于該功能幾乎適用于任何場景，因此最好在切片器配置文件中保持該功能處于激活狀態，僅在需要一致的層高時才將其禁用。

設置

圖4：您可以在“實驗”設置部分激活自適應層功能（來源：All3DP；模型：Ant via Printables）

現在您已經了解了Cura中的自適應層、其工作原理及其作用，我們將介紹如何使用和調整切片器配置文件中的自適應層功能以充分利用其優勢。此過程的第一步是激活該功能：

1、在Cura中，單擊打印設置框（綠色）。

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

3、向下滾動到“實驗”設置部分，找到“使用自適應層”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，您應該會看到下面出現一些相關設置。這些設置調整自適應層公式的參數，以便您控制該功能對模型切片方式的影響。

最大變化：這定義了層高可以設置在離基礎層高多遠的范圍內。例如，如果您在Cura中將基礎層高設置為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默認設置），并且僅在您想要在打印件上混合更詳細或更快的層時才進行小幅調整。

變化步長：這是從一層到下一層的層高差。例如，假設此值為0.02毫米，切片機想要將層高從0.2毫米增加到0.3毫米。切片機將每層增加0.02毫米的層高，直到達到0.3毫米的層高。Cura默認的0.04毫米應該很好用，但如果您決定要調整設置，請以小幅度進行調整以確保打印不會失敗。

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，意味著連續層在X軸和Y軸上的距離越遠。垂直連續層之間的水平距離越大，可以使用更大的層高，從而產生更厚的層，模型上的細節更少，打印效果更強。反之亦然。您可以將此設置保留為默認值0.2毫米，或者如果您需要更堅固的部件，可以將其增加以增加層厚。

編譯整理：ALL3DP