讓設計更專註測試准工業級3D印表機F123系列

最新 03-30

【中關村在線3D列印頻道原創】在過去的5年里，我們測試過數十款國內外的桌面級3D印表機和3D掃描儀，也曾報道過大量具備生產能力的工業級3D印表機，然而最近細分市場上出現了定位更加精準的3D印表機，定位辦公室和學校等機構，它身上有不一樣的氣質，擁有接近工業級設備輸出品質和效率，又能在普通辦公室或者教室中靈活使用，簡單的和它的名字一樣，它就是今天的主角----StratasysF123系列（像123一樣簡單），而我們測試的是其中的頂配機型F3703D印表機，上市近一年來，全球銷量超過1300台！

讓設計更專註評准工業級3D印表機F123

新概念格調與品質兼具

比較早接觸3D列印的朋友知道，桌面級的FDM技術3D印表機是從DIY套件開始的。到今天桌面3D列印產品已經非常豐富，商品化程度也很高，不過限於成本和用途，這類3D印表機只能用來列印設計小樣和簡單的原型，在3D列印的模型細節、尺寸誤差、穩定性以及材料平台這幾個硬指標暫時還達不到工業機的水準。

而工業級的3D印表機包括工業級FDM設備、光固化樹脂SLA、激光燒結金屬SLM、激光燒結尼龍粉末SLS等技術的設備一般擁有較大的硬體尺寸、電氣環境要求高，需要專門的廠房、生產型的電氣環境來運行；而且設備本身價格也比較高，還需要很強的後期處理工藝，應用條件相對苛刻。

StratasysF123系列：F170/F270/F370

StratasysF123系列3D印表機則是Stratasys針對設計類用戶更加靈活高效的需求研發的新概念、准工業級3D列印設備。在核心技術上，延續了StratasysFortus系列工業級3D列印設備的FDM技術和架構，Fortus系列則是Stratasys的「親兒子」——FDM3D列印技術是由Stratasys的聯合創始人之一斯科特.科倫普親手打造的，Stratasys擁有FDM(R)熔融沉積成型技術的專利權，迄今為止Fortus系列也一直是它旗下的主力型3D列印產品，具有非常強悍的生產能力，同時針對不同用戶和應用場景的需求，有大量的不同功能特性的耗材作為材料體系，與桌面級產品完全不同。

FDM技術專利所有人Stratasys聯合創始人斯科特.科倫普

StratasysF370與Fortus450mc（右一）3D印表機

而在產品形態上，F123系列則融合了Stratasys最新的理念，就是讓人們在手邊就用到專業的3D列印設備，外觀設計更加美觀實用，「太空艙」般的視覺效果代表著地球上的先進位造能力。

「太空艙」視覺效果充滿科技感

StratasysF123系列的一大特點是操控友好，支持10國語言的大尺寸液晶觸摸屏帶來直觀簡潔的操作感，3D印表機結構和部件採用快速安裝設計，最大程度減少人為的干預。關於這一點，下文會給出詳細介紹。

F123系列全都採用大尺寸觸摸屏

StratasysF123系列可以在大部分辦公環境中進行配置，支持標準的110V或220V民用電壓，並且通過了CE、FCC、EAC、EMC、TUV、RC、RCM、RoHS、WEEE、Reach多項認證，在普通環境中對人畜無害，電磁性能安全，使用安全的化學品作為產品原材料，並符合電子設備報廢回收標準。也就是說F123系列完全可以在辦公室、教室、實驗室這類普通室內環境中運行。

F123系列運行環境要求與合規性

在硬體售價方面，F170、F270、F370三款售價從人民幣20萬元到60萬元不等，不同配置和價格分檔來匹配不同用戶的實際應用需求。

本次我們測試的StratasysF370就是F123系列中的頂配機型。接下來我們就近距離看一看它究竟有什麼不同。

人性化釋放創造力

StratasysF3703D印表機在設計上有許多細節，避免冗餘的人工操作，使操作者能聚焦於工作重心上。整個列印倉為全封閉設計，列印倉門還有一圈密封圈，保證列印倉的密閉性，使列印倉恆溫以確保模型均勻冷卻，有利於保障列印質量。

上半部分列印倉前門透明可看到內部列印進展

StratasysF370支持自動調平功能，每次列印啟動之前自動調平平台，保證3D列印成功率。而平台上的列印板則是快拆裝的，列印完成快速拆下，略微彎曲列印板那麼模型就自動脫離了。方便操作者取下模型，快速開始新的3D列印任務。

壓下前面的鎖止板

列印底板就可以取下或更換

列印倉內部有監控攝像頭，而F370支持乙太網連接或Wi-Fi連接，可以通過智能手機、平板電腦遠程查看列印進程，讓3D印表機隨時處於掌控之中，不需要人員對設備值守。

四個耗材盤位

StratasysF3703D印表機抽屜式耗材倉有四個槽位，兩個用於3D列印主體材料、兩個用於QSR支撐材料。耗材的安裝和更換很簡單，拉開蓋板、放入耗材盤並把耗材絲插入進料孔，啟動進料即可。F370擁有自動進料設計，大大減少操作時的查看和等待時間。

抽屜式耗材倉

兩個主體材料（左）兩個支撐材料（右）

F3703D印表機標配兩組擠出套件，一個用來列印主體結構、一個列印支撐結構。另外PLA材料和ABS材料列印溫度等參數需求不同，因此使用不同的擠出套件。而F370擠出套件採用模塊化快拆裝設計，四步即可快速更換列印頭，操作方便快捷。

F370擠出套件（列印頭）

F370支持四種FDM線材——ABS、PLA、PC-ABS和ASA，另外還支持QSR水溶性支撐材料。多種材料選擇提供更多的用途，在列印品效果展示、功能原型測試等應用中選擇對應材料；而QSR水溶性支撐材料則輔助實現更複雜的3D模型，增強F370對設計模型的形狀和結構塑造能力。

列印頭組建的擠出頭

另外用過3D印表機的朋友知道桌面級設備的列印平台不同位置，列印模型質量有差別，因為列印倉溫度、部件運動不均勻。而F370的列印平台任何位置都能保持一致的3D列印質量，從而獲得均勻、準確、高質量的3D列印成品。

總的來說StratasysF3703D印表機的人性化設計大大提升設備自動化程度，解放操作者的雙手和大腦。使設計師、工程師聚焦於設計和產品研發上，無需為3D列印的質量或進展擔心，充分釋放創造力。

觸控屏操作零門檻

StratasysF370配置大尺寸彩色液晶觸摸屏作為操控面板，操作直觀簡潔沒有門檻。只要對3D列印有一些基本的了解，就很容易上手。

主界面顯示設備狀態和3D列印進度，可以清楚地看到當前設備出於忙碌/空閑的狀態，以及列印完成了多少、還剩餘多長的工作時間。

主屏界面實時顯示3D列印進展

下一個菜單為列印任務管理，F370採用Stratasys工業級3D印表機的「任務流」管理方式，可以一次性載入多個列印任務。當上一個列印完成，取出列印托盤後放入另一塊，就啟動了下一個列印任務。使用者也可以瀏覽查看已經完成的列印任務的詳細信息，以及還有多少列印任務待處理。

列印任務管理

查看參數並列印

第三個菜單為耗材管理，界面直接與3D印表機的耗材倉一一對應。不僅能夠查看耗材類型、餘量、擠出頭狀態信息，而且可以啟動耗材載入或替換。

第四個菜單是設備設置，包括網路設置、電源設置、列印參數設置，並可以查看設備的運行時長、默認參數等狀態信息，方便使用者管理3D印表機，使設備處於良好的狀態中運行。

整個F3703D印表機的大部分操控都集中在這塊彩色觸摸屏上，怎麼樣，是不是覺得很簡單？

列印軟體對接3D建模

2014年Stratasys以1億美元收購了3D建模軟體和工程師社區GrabCAD，後來推出了GrabCADPrint軟體作為3D印表機的切片和管理軟體。這套軟體體現出Stratasys對三維設計和3D列印的深度關注。

3D印表機的切片和管理軟體GrabCADPrint

先看軟體本身，它的工作邏輯仍然是載入模型、切片並發送到3D印表機列印，不過採用了模塊化、任務流的列印管理方式。列印任務作為項目管理，一個項目對應一個設計的全部3D模型。

列印托盤在軟體中虛擬化，多個模型載入到若干個不同列印托盤上，並且自動排列。一個托盤的模型列印完成後，在F370上替換新托盤，就可以開始下一個列印任務。另外同一個項目下的幾個托盤還支持自動排列，將模型均勻分配到不同托盤上，最大化利用3D列印的空間。

虛擬托盤自動排列多個模型

在GrabCADPrint中也支持常規的3D列印選項設置，包括層厚、材料類型、填充類型等。也支持常規的模型縮放、旋轉、移動操作。F370列印倉內有攝像頭，聯網之後在軟體中能遠程監控列印進展。

列印參數設置

列印任務管理的任務流在軟體中以甘特圖呈現，而且列印起止時間、時長都是準確估計和呈現的，方便操作者合理安排模型列印進度。以項目管理的方式來管理3D列印任務，帶來的效果就是保證3D列印模型能準確、及時交付。

典型的甘特圖用項目管理的方式管理列印任務

目前看來，GrabCADPrint似乎也沒有太多特別的地方，難道Stratasys的1億美元打水漂了？當然不是。目前GrabCADPrint的定位是輔助設計師、工程師多人協作實現數字模型到實體模型轉換的工具，而前期多人協作3D設計就要靠GrabCADWorkbench了。

GrabCADWorkbench

GrabCADWorkbench簡單理解就是一個虛擬工作台，設計師可以遠程接入、更新自己的設計、下載查看最新的設計變動，多人異地協作完成分散式的三維設計工作。而Print軟體則可以直接導入Workbench的3D模型，隨時列印為實體。打通了三維設計和3D列印的工作路徑，提升效率。

從三維設計到3D列印無縫銜接

另外Stratasys和GrabCAD還在打造基於瀏覽器端的3DViewer，實現頁面式的3D數字模型的查看、編輯，讓3D模型變得像2D的圖片一樣容易獲取、製作和編輯。這個工具可以理解為頁面版的3D美圖秀秀。

網頁版的3D美圖秀秀——3DViewer

所以總的來說，Stratasys收購GrabCAD的目標就在於打通三維設計和3D列印的流程，讓二者變得更普及、大眾化，變成常用工具。目前GrabCAD已經很不錯，未來隨著Workbench和3DViewer的演變，當然會變得更加強大而且簡單好用。

效率測試：列印速度遠超FDM桌面機

StratasysF3703D印表機的列印過程與桌面機型有很大不同，就是列印模型時在旁邊列印一個同等高度的蝴蝶結形狀冗餘立柱，目的就是在切換擠出頭或者每層之間不連續移動時，將噴嘴內的材料擠出一小段，保證列印模型時材料擠出的絕對均勻，從而保障始終如一的列印質量。

每個列印模型旁邊都會列印這樣一個立柱

即使有這些多出來的機械動作，F370仍然有超高的列印效率。使用F370列印立方體、半球和圓錐幾何模型，20x20x20mm立方體列印用時19分鐘，相比桌面機型用時縮短13%到73%；40x40x20mm半球列印用時29分鐘，相比桌面機型用時縮短0.06%到73%；40x40x40mm圓錐列印用時38分鐘，相比桌面機型用時從幾乎持平到縮短67%。F370在列印速度上有絕對的優勢，能夠更高效地交付模型或零部件。

列印用時統計

切片也需要花費一些時間，仍然使用5倍立方體、2倍半球和2倍圓錐來測試切片用時。GrabCAD選擇F3703D印表機適配，測得切片時間分別為30秒、19秒和25秒，相比桌面3D列印產品處於中檔，並沒有常見的Cura切片高效。不過3D列印整個過程主要時間花費在列印上，十秒量級的切片用時可以接受。

切片用時統計

在F3703D列印過程中可以直觀地看到，列印頭的負載移動和空駛移動都非常快，這也是它高效率3D列印的原因所在。綜合來看F370列印速度快、效率高，意味著更快地交付成品，開啟下一個列印任務，也可以滿足幾個人的工作組多人共享使用。

層厚精度微距顯實力

3D列印原理是分層製造的增材方式，層厚精度和每層的列印質量就決定了模型的列印效果以及表面光滑程度。我們使用微距鏡頭拍攝0.01英寸、0.007英寸和0.005英寸三個層厚下的3D列印立方體，來觀察微觀的細節。

0.25mm層厚效果

0.18mm層厚效果

0.13mm層厚效果

Stratasys有著自己的層厚標準，三種層厚對應Stratasys技術工程師「10slice」、「7slice」、「5slice」的叫法，也就是英寸層厚的簡稱；換算到毫米分別是0.25mm、0.18mm和0.13mm。

0.01英寸層厚列印的立方體肉眼視覺有較明顯的層紋，0.007英寸層厚列印的立方體肉眼視覺層紋已經不明顯，需要仔細辨別才能看出來，0.005英寸層厚列印的立方體側壁表面已經非常光滑，肉眼無法分辨層紋，在微距鏡頭拍攝、幾十倍放大之後，我們才能看到3D列印特有的層紋特徵。

另外三個立方體都能看到，層與層準確對齊，層厚度均勻，無凹陷或凸起，形成高質量的表面效果。這也是F370列印品質的印證，在XYZ三個維度上都有很好的穩定性，且耗材擠出控制上佳。

尺寸公差精確還原設計

從X/Y/Z三個方向上測量3D列印立方體與設計尺寸的誤差，設計尺寸為20x20x20mm，3D列印尺寸如下所示。

列印件X軸方向尺寸測量

列印件Y軸方向尺寸測量

列印件Z軸方向尺寸測量

X/Y/Z方向上的誤差分別為-0.02、-0.03和-0.07，參考機械加工行業常用的GB/T1804-2000一般公差分級標準，在6~30mm零件尺寸上誤差在±0.1mm範圍內，屬於精密級，顯示出F370工業級的增材製造能力。

GB/T1804-2000一般公差國家標準

當然GB/T1804-2000一般公差分級標準並不是專門針對增才製造類設備的。我們期待中國或美國的增材類行業標準中納入一般公差和等級分類，可以對F3703D印表機的精密度做定量的評價。

分項測試：優秀的綜合能力

列印細小稜錐，考察3D印表機的細節分辨力。F370列印稜錐效果出色，平面內的9個稜錐幾乎完美地還原，錐體平整利落，尖端銳利且豎直。沒有出現任何拉絲、尖端變形的情況，這要歸功於F370的高解析度、蝴蝶結冗餘列印設計，表明F370擠出機的材料擠出和回抽設計上佳，對極細微結構有很強的塑造能力。

細小稜錐3D列印（左）與桌面設備（右）效果對比

列印四面薄壁，考察3D印表機的X/Y軸運動一致性。F370四個立面薄壁均列印均勻，接縫處是乾淨整齊的90度直角，沒有出現褶皺、接縫不齊的情況，顯示F370的擠出頭X/Y方向運動一致性強，運動準確快速且均勻，並且材料擠出控制很好。

四面薄壁3D列印效果

四面薄壁3D列印（左）與桌面設備（右）效果對比

列印細直立方柱，考察絲桿和步進電機配合穩定性，以及在上層切片的Z軸方向穩定性。F370列印細直立方柱從下到上筆直均勻，柱體四面分層對齊平整，沒有任何錯層、歪斜的情況，表面F3703D印表機Z軸穩定性好，列印比較高的模型時在上層切片仍然保持很好的循跡能力。

細直立方柱3D列印（左）與桌面設備（右）效果相近

列印垮橋結構，考察3D印表機列印不同長度懸空線條的能力。F370列印跨橋結構接近完美，五個不同長度跨橋筆直均勻、沒有懸絲或下垂。顯示出F370的材料擠出速率和冷卻速率配合出色，跨橋塑形能力上佳。

垮橋結構3D列印（左）與桌面設備（右）效果對比

列印不同斜度的懸空斜面，考察3D印表機在無支撐情況下的懸空結構列印能力。F370列印30/45/60/70度斜面表現出色，每個斜面上表面平整均勻，下表面整齊無凹凸、無下垂，要知道對於FDM3D印表機來說斜面越接近水平列印難度越高。而F370仍然能夠出色地還原不同斜度的斜面，效果出色。

不同斜度斜面3D列印（左）與桌面設備（右）效果對比

這裡的分項測試考察FDM3D印表機的基本成型能力，F370的列印效果接近完美，表現出准專業級的成型能力。

整套模型測試：出色的細節塑造力

成套模型測試，考察3D印表機列印對不同形狀的塑造能力。F370列印多孔模塊，不同尺寸和形狀的小孔列印出色，孔洞形狀規則銳利，無拉絲，最小的孔洞也能夠良好還原。

F370列印正/負圓錐模塊，凸出和凹下的錐體光滑圓潤，尖頂規則，沒有毛刺或拉絲。列印曲線模塊的細小連接處精細牢固，而主體的曲線結構規則準確，有一定彈性而連接處又不會斷裂，效果上佳。

F370列印利刃模塊，很好地還原出寬度不同、角度不同的利刃形狀，並且形狀都比較規則，很好地地呈現3D模型原貌。列印文字模塊，良好地列印大小不同、正反向的字母X，內、外壁光滑，字體清晰，效果出色。

F370列印懸空模塊，懸空結構完整，封頂無漏洞或凸起，下方無下垂或拉絲，很好地還原每個單獨的懸空結構。列印裂縫模塊，不規則的裂縫還原準確，凹/凸形狀恰好契合，效果出色。

F370列印螺旋模塊，螺旋結構規則均勻，弧度一致，並且沒有拉絲，很好地還原了圓弧、螺旋的形狀。

整套模型檢驗F370的形狀塑造能力

在這整套模型的列印過程中，F370仍然沒有遇到任何挑戰，結構塑造準確、形狀還原良好，表現出很強的形狀塑造能力。

支撐測試：水溶材料立功

恐龍頭骨的形狀複雜、細小結構多，考驗3D印表機的支撐效果和去除難易度。F370的水溶性支撐材料QSR顯示出威力。

帶水溶性支撐材料的恐龍頭骨列印效果

支撐結構比較細密，不僅支撐起孔龍頭骨主體結構，而且很好地承托牙齒這種細小結構，上頜、下頜牙齒都完整列印出來。而去除時不需要用鉗子、刻刀等工具，F370有專門的水溶支撐去除附件，模型放入其中浸泡沖洗，支撐材料溶於水中。帶來的好處就是小孔洞中的支撐也容易去除，而模型的主體結構沒有任何損壞。

泡入水中支撐自動溶解

頭骨牙齒細節

另外，StratasysF123系列3D印表機均支持QSR水溶支撐材料和去處支撐附件，多台3D印表機可共用一個去支撐附件，節省設備採購成本，使設備利用率最大化。F370的支撐添加、列印效果和去除難易程度應該是滿分。

裝機運行國內典型應用解讀

StratasysF370在國內已經有成熟的裝機應用。北京賓士是德國賓士在海外最大的工廠，在2016年引入這款3D印表機輔助設計驗證和工裝夾具的開發。北京賓士目前現有的三大產品平台包括前驅車工廠、後驅車工廠和發動機工廠，如今正在建造電動車工廠，同時進行電動車的研發和前期試做，而製造標準化電池的工裝夾具是生產環節中非常重要的一環，按照2萬片的產量，正常人工需要3個月時間才能完成。

工具車間內的StratasysF3703D印表機

通過優化的工裝夾具在同樣的人力工作量下只需要2周的時間，如果通過外部供應商來設計夾具並進行電池加工，則需要50萬人民幣的成本支出；而最終在製造工程一部的全員改善部門的協同下，只需要4500元的費用支出，時間周期大大縮短、製造成本顯著降低——成本降低了99%，效率提升了6倍。

北京賓士全員改善部門工程師鄭松鶴說：「利用StratasysF3703D印表機進行夾具的設計驗證，在生產線上進行試裝運行，然後進行優化，最後交付供應商進行機加工生產，與之前的夾具開發流程相比，省去了前期溝通、驗證試裝環節，另外，ABS材料具有不錯的耐磨性，兼具結構驗證和實用性，和機加工或鑄造金屬夾具相比，能夠很快進行試裝驗證，完全符合北京賓士的柔性化改善方向。」

在職業教育領域，StratasysF370給專業課程建設和學生技能培養帶來了新鮮血液。在2017年四季度，湖北科技職業學院與行業緊密接軌，投資為3D列印實訓室引進准工業級StratasysF3703D印表機用於教學和實訓。3D列印實訓室主任劉老師說：「我們在學生職業教育和技能培養上不斷投入資源，在2017年四季度引入這台准工業級StratasysF3703D印表機。目前本專業已建成3D列印創新創業協同中心，小型的F370在普通室內環境和民用供電條件下就能正常運行，並不需要特別的裝機環境。使用下來感覺精度高、3D列印質量好，水溶性的支撐能大大提升複雜模具的列印質量。為了培養學生真正用得到的職業技能，我們計劃在3D列印實訓室中引進更多不同技術類型、高規格的3D列印設備用於教學，培養學生的真正競爭力。」

目前StratasysF370用於工業級3D列印基礎系列課程，而且正在開展「訂單培養」的校企合作計劃，直接對接企業模具和原型的3D列印需求，使學生直接了解3D列印設備在企業研發、生產中的應用。專業教學課程和學生技能培養直接與產業前沿對接，培養出製造產業急需的創新人才，也解決了學生家長最關心的孩子就業問題。

測試總結：辦公室環境最佳3D列印平台

評測總結：經過測試，我們認為StratasysF370不僅是一款堪稱驚艷的3D印表機，還是一個獨立的3D列印系統平台，成型能力強、列印精度高、支撐效果好且易去除；而操作起來又很簡單，人工干預很少，界面直觀易懂，門檻並不高。另外它的運行條件也非常寬鬆，普通辦公室、設計工作室、學校教室都可以使用。

F370作為Stratasys替代靈感系列的高階升級產品，保留了靈活性的前提下，多種材料以及雙噴頭、水溶性支撐的配置讓它的成型能力得到大幅提升，價位相比定位生產級的Fortus系列更具性價比，是辦公室團隊後援支持的絕佳幫手，也是學校等機構作為教學實踐的良師益友。