从零开始，给自己设计一台3D打印机_生活记录_什么值得买
从零开始，给自己设计一台3D打印机
3D打印机已经火了好多年了，但是貌似身边玩或者应用到的朋友还是不多。一年前知道朋友的单位有一台当年非常有名气的 Makerbot Replicater 2X，当时的口水简直有如滔滔江水连绵不绝，可惜价钱也是摆在那里的高大上。
MakerBot Replicator 2X Experimental 3D Printer: : Industrial & Scientific
在和朋友的不断交流中，还有谷歌（一个并不存在的搜索网站），得知3D打印机已经是开源的事情了，有强大易用的Arduino主板，以及强大的RepRap社区。看过马云家的各种成品打印机，心里对于DIY一台自己想要的机器的念头，也是开始长草了。趁着自己快生日了，家里女王大人也为了省事不用花心思（双子座的女王大人表示不耐处女座的我......）给我准备生日礼物，于是就准了我这个预算了&。一开始时候，给自己定下的目标是，200*300*200（长宽高）的打印体积，还有双挤出头的设计。同样配置的产品在马云家搜索一下普遍都是4xxx-8xxx都有，更不包括MakerBot这种高大上的产品了。更坚定了我要打造属于自己的机器的决心。这篇分享，主要是解说一下自己的设计思路，具体细节的东西，在网上已经有很多的教程，还需要根据自己的需求以及预算来制定的。一，机械，框架二，控制电路，电气三，买买买，组装，调试四，现状&五，各种坑......&六，参考资料七，结语一，机械，框架&现在的3D打印机，主要就是2个大分支，基于Delta坐标系的联动臂结构，以及基于笛卡尔坐标的XYZ结构。前者的代表作有的Kossel/Rostock，至于XYZ笛卡尔坐标，有太多太多的分支了。有兴趣研究的值友可以到RepRap上面去了解，国内也有不少的论坛。由于Delta结构对于联动臂精度要求高，过高的机身容易造成扭动变形，被我否决了，还是喜欢XYZ结构那种方方正正的稳重感。而框架以及结构，决定了机器整体的强度以及稳定性，在这一步我花了几乎2个月的时间（空闲的时间，毕竟还是要工作的人啊....），和朋友不断地交流以及上网查找资料，修改自己的设计。一开始的想法，就是参考比较目前比较流行 RepRap Prusa i3的结构。但是对于一个追求完（ku）美（bi）的处女座来说，亚克力框架的强度要应付 2套挤出机构（挤出头，加热部分，步进马达，在800g上下）的重量，感觉还是有点力不从心，最后选择了便宜又大碗的铝型材。但是才做完这第一版的图没多久，心里又变化了，既然都做这么大了，为什么不做一个完整的框架，以强度来打算，以后甚至可以做到简易的铣床啊（事实证明我想太多了）。于是，又乘着空余时间，又做第二版的设计&。这是最基本的XYZ结构，但是最大的顾虑是，打印平台要承受了2套挤出结构，以及XY其中一轴的步进电机，总体的移动重量（超过1KG了）比较高，考虑到惯性，不利于打印头的快速移动。于是一直在围绕这个版本做减重设计。某一天，在RepRap论坛上继续找灵感的时候，发现了一种新的移动结构， CoreXY，以及衍生的扭转90度的CoreXY Respin。它的原理是通过两个电机同时控制XY的移动，左右两个电机同向的时候，往X轴移动，两个电机反向的时候往Y轴移动。2个电机的同时作用，力量比单个电机控制一轴来得要稳定，还能减少了XY平台上面一个电机的重量。CoreXY Respin也是在RepRap论坛上找到的一种CoreXY的变种，关键在于把两个电机的位置和XY左边相对地调整了90度。对于我这个200*300打印面积的大箱子，实在节省了不少空间。于是，改改改改改的（甲方你别跑，我保证不打死你&），第三版又出来了......由于要考虑两个挤出头的输出空间，以及以后可能加上去的自动平床或者其他古怪东西，整个框架做到了550*550的投影面积，底部一圈用的加宽的2060铝型材，而且考虑到2020铝型材可能会晃动，框架三边都加了45度的加强支撑。然后不断地推敲修改，忐忑得一直下不定决心把这个作为定稿。后来跟一个做家具设计的朋友聊了一下，得到的建议是 “做！果断做！既然有稿子有基调了，就先做出来，一边做一边改进，没有产品一出来就是完美的。”。 果然KuBi的处女座都是龟毛星人&......二，控制电路，电气部分在成熟的开源环境，控制电路部分已经不是什么难度了。基于Arduino的RAMPS（扩展板）也在国人强大的生产能力下，成本降到1xx就一整套了。核心部分毫无难度就解决了。核心的电路控制部分，我个人推荐用 &创客基地 的 MKS2560 套件（这真的不是广告），我的考虑如下：要套件，Arduino+RAMPS，还有电机的驱动模块一起解决。MKS 2560 属于 Arduino 2560的改进版，相对于公版添加了自恢复保险丝，不怕接错线烧板子。（就在我装机器的那天，朋友告诉我他的公版 2560 因为短路冒烟了......）MKS 2560 直接通过 RAMPS 主板对Arduino供电，不用电脑进行脱机打印的时候，不用考虑独立给Arduino主板的5V供电。不选择Melzi或者Rumba之类的一体主板，是因为要考虑到以后要是升级运算能力提高了的Arduino DUE + RAMPS-FD&，那么现在这套件至少还能把Arduino部分拆出来独立地做其他功能。
&步进电机的选择，考虑到XY轴要承受比较大的动力，选择了48mm的NEMA17步进电机。至于Z轴，更多考虑的是静置力矩，电流相对较大的42mm的NEMA17步进电机足够。挤出结构的步进电机由于要考虑重量问题，也只好选择42mm的NEMA17步进电机了。供电也是一个需要考虑的问题，主要是热床需求的功率不小。由于我用的是比一般（大部分在售）的尺寸更大的200*300mm热床，一般电脑用的250W开关电源（是的，我为了节省，直接从仓库里面的P4年代的台式机上拆的），一接线就马上自动过载保护了，只好另外准备了一只350w的12V开关电源来伺候。三，买买买，组装，调试设计稿之后，就是最爽的买买买剁手过程了，少不免的货比三家，或者看看哪家能一站式采购的。首先在设计的时候，尽可能把细节的零件都做出来，然后可以生成BOM表（这是一个好习惯），按着表买东西就是了。这是我自己的BOM表的一部分，从零件名称代号到尺寸，以及什么规格的螺母螺丝，都有尽可能详细的数据。虽然做好机器之后还是因为要不断地修改，不断地买买买买各种螺丝轴承的小东西，但因为有了BOM表，至少我在第一轮采购的时候就没有漏买过哪怕一颗螺丝的。在马云家有不少店都提供了3D打印件的一站式采购。搜索 关键字 “” 销量排头的那几家基本上都能把需要的东西买到的。除非是一些奇怪尺寸或者特殊材料的东西，例如碳纤维连动臂之类的，这些就需要自己去爬论坛爬马云家了。&
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&螺丝、铝型材在马云家也有不少店，分别用关键字 “” “” 之类的，也是按销量排，基本上天猫的都靠谱。&
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&特别要说的是铝型材，就别想省那个钱自己切了，天猫里面各种专业店，无论直切斜切开孔的，只要你能给尺寸图纸，他们都能做，而且切面也很光洁没有毛刺的，误差也非常的小。我个人觉得，能用钱（合理的价钱）解决得非常好的事情，干脆就外包出去给专业的吧，&。其实组装调试的，到这里已经没什么难度了，因为在做设计稿的时候，很多尺寸数据已经定好了。材料到了之后，就像拼Lego一样照着自己的设计稿拧螺丝吧，然后心里就哗哗哗地长草要买电动工具了（拜读 Fractal1 大神的系列作品，工具控的剧毒）......&&关于固件的设定，步进电机电流调整，温度控制，调平的，各种细节的调试，基本上每一项都可以新开一篇经验文章，但是对于我这种写作苦手，还是建议使用强大的谷歌（再一次出现不存在的网站）。四，现状这就是我的成品目前的状态，还有好多细节需要改善，例如第二挤出机构要把步进电机脱开，改造成通过软轴传动的齿轮箱结构，以及最头疼的线缆整理。一片混乱的桌面，各种工具都放在顺手（其实就是懒）的位置....使用中的第一挤出机构暂时空着的挤出第二挤出机构，等待自己的齿轮箱设计。所有Endstop开关都是用光电式的，保证了准确度。核心的Arduino以及RAMPS扩展板，混乱的线缆还没整理，已经打印好安装底座，但是还需要解决挤出机构的加热器的连线长度（图中比较粗的4条红线）。双电源，右边的台式机开关电源负责主板、挤出头加热、风扇、步进电机的供电，左边的350W 12V电源独立负责热床供电。CoreXY的其中一条传动轴，用轴承同心设计，上下两条皮带可自由活动而不会互相影响。鱼尾夹也是一种好工具......从下往上看的挤出头， 使用的是E3D的结构，加强了散热，减低堵头的几率。风扇没有用常见的方式直接固定到散热片上，只是用了3M VHB双面胶贴到支架上去，为的就是防止风扇震动影响到打印头。背后的材料架子，直接一根光轴架上去，不用另外做支架了，偷懒了&还在试验中的蜗轮箱，比一个42MM的步进电机轻了一半有多，减重利器。最近的工作状态，由于空间狭小，就只能用手机拍得渣渣的视频了。看着机器一层层地把东西“叠”出来，还是有仲莫名的成就感的。五，各种坑......也不算是坑吧，只是分享自己的经验以及走的弯路，这些都不是调整可以解决的问题......学习！学习！学习！&- 这是最最最重要的。为什么是从零开始，就是因为一开始，我自己对于3D打印机的世界也是0了解，大概也就知道FDM的基本原理。通过谷歌（怎么老提这个不存在的网站&），参考国外的图片以及成品的结构，以及用自己有限的英文阅读能力看RepRap上面的各种讨论各种对比，当然还有国内（包括港澳台）的中文资料，才能达到概念以及细节的理解，整个打印机的基础工作原理尽在心中。然后凭着自己大学时候学下的以及还没有还给老师的机械知识，设计出自己的机械框架。其中还自学了Autodesk 的 Inventor，基本的建模以及组装功能就已经够用了。（其实是大学的ProE、SW全忘记了，而且Autodesk还有3年的学生授权可以免费试用完整版本，装下学生混3年授权吧&） &方向！方向！方向！ -&设计的时候必须决定要要什么的结构，切忌朝三暮四的。每种结构都有其自身的优点以及缺点。例如Delta结构的Kossel/Rostock的快但是过高的机身引起的扭动，还是传统的XYZ结构稳定但是速度快（相对Delta）不起来。要做多大，要做多坚固。例如：Prusa I3的尺寸以及亚克力结构可以很经济，但是也决定了无法做大做快（常规情况下）。设计时候的细节！细节！细节！ - 在设计时候尽可能把细节都了解了，并且在设计软件里面都做出来。特别是BOM表，对于后期的材料采购是非常有用的。尤其是对于不同部件用的不同类型、直径、长度的螺丝，我这台机器第一次采购的时候总共有约56种（不知不觉就这么多了&）不同的螺母螺丝，总不能靠自己脑补记录吧.....线缆长度&- 一般市售的材料，主要考虑都是200*200的Prusa结构机器，线缆长度只会是相对小型Prusa预留的长度。因为自己的框架太大了，550*550mm的面积，线缆长度的问题就出现了，无论挤出头机构（加热、温感、电机）还是热床本身，都必须加长线缆。轴承的预紧力 - 当初天真的以为8mm内径的轴承就可以装上8mm的光轴，结果发现还有预紧力这个东西，同尺寸的轴承都需要用各种手段加热造成轻微的“热胀”才可以套进光轴，但是一旦套进去了，要调整位置，或者要拆出来的话就麻烦了，总不成整条轴放到火上烤吧......材料的质量 - 某宝上的PLA已经是满地都有，但是不同的店的质量还是有偏差。劣质的耗材会有杂质、气泡、不均匀的，最终会导致挤出不顺畅，甚至会堵塞挤出头。我第一卷买的耗材，以上的问题都遇上了，差点把我一个打印头废了&......必要的散热&- 大部分堵头，除了因为材料本身，最大的原因是因为材料在不恰当的地方受热膨胀但又不到熔点，然后就......堵了啦。所以除了在最终端的喷头部分，以及热床本身之外，散热是很有必要的，具体请参考下面的Blogspot的文章，当然是要科学上网的......六，各种参考主要设计软件：Autodesk InventorRepRap开源Wiki：CoreXY结构原理: 、&台湾的Blogspot（），里面有很多关于3D打印机安装使用中要注意的地方，老实说，比国内能搜索到的都要强很多七，结语折腾下来，这台机器大概的成本在3000人民币上下，肯定比在马云家买Prusa结构的成品贵，但是又比成品的双挤出头机器便宜，而且性能（打印面积、速度）也要高出一截。而且整个过程中还能学到不少知识，也是很有意义的。3D打印机并不只是一个玩具，而且是一个工具，一个可以帮助自己更方便地实现各种稀奇古怪想法的工具。工具是死的，人的想法才是关键。这篇文章只是粗略分享了一下自己从零开始设计的思路，以及安装过程中的经验。再具体的细节还是需要自己去搜索以及学习，希望有兴趣的值友们也能成功打造一台属于自己的3D打印机。------------ 完整文章的分界线 ------------------------- 以下是附录，目前自己成功打出来有点意思的东西&-------------附......自从有了3D打印机，大部分的小工具小附件都可以自己做了。卫星音响的安装适配然并X的4x5转接Sony E卡口，相对于4x5的面积，135全幅就是张邮票，只是纯粹试着打出来，可以转接135当个长焦来使使吧。少不免的打下花瓶笔筒什么的......
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第三方登录：详解三种最为经典的3D打印技术工艺
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　　科技媒体3D打印网讯 FDM打印技术
　　技术原理：
　　FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积)。
　　FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维
　　科技媒体3D打印网讯 FDM打印技术
　　技术原理：
　　FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积)。
　　FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下 一层，直至形成整个实体造型。
　　FDM技术的优点：
　　1） 操作环境干净、安全，材料无毒，可以在办公室、家庭环境下进行，没有产生毒气和化学污染的危险。
　　2） 无需激光器等贵重，因此价格便宜。
　　3） 原材料为卷轴丝形式，节省空间，易于搬运和替换。
　　4） 材料利用率高，可备选材料很多，价格也相对便宜。
　　FDM技术的缺点：
　　1） 成形后表面粗糙，需后续抛光处理。精度只能为0.1mm。
　　2） 速度较慢，因为喷头做机械运动。
　　3） 需要材料作为支撑结构。
　　SLS打印技术
　　技术原理：
　　SLS(Selective Laser Sintering，粉末材料选择性激光烧结)。
　　该技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后，工作台下降一层厚度，铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。
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真正的第一台3D打印机发明者--Bill Masters
来源：天工开物&&作者：& 09:40:59
　　小编：最近Stratasys对太尔时代品牌合作商Afinia提起专利诉讼的新闻又把我们带到了&专利&这个敏感话题中来，那我们就一起来看看谁是真正的第一台3D打印机发明者吧!
　　如果你想问是谁发明了3D打印机，那么，大部分人会说第一台3D打印机是由Charles W. Hull在上个世纪80年代中期发明的，他采用的技术是光固化(stereolithography)。
　　但是很多人不清楚，3D打印技术是由Bill Masters在Greenville的一个地方改进而来。
　　Bill Masters是一个发明家，他称自己为模拟电路企业家。&一天，我问自己能不能找一个可以像种种子的地方，一颗一颗的种下去，它们会相互结合在一起&。
　　他试着向其他人来解释这个想法：&我想到一个类似吐唾液的想法。你站在阳台上然后向下吐了口唾液，它粘住了上一口唾液和上上一口的。它们之间相互黏着。当数量相当多的时候，可能一个杯子的形状就产生了。这个有些像粘土，但是唾液听起来更恶心些。&但是那个时候，也就是70年代末80年代初，没有人去相信他。
　　但是Bill Masters还是获得了几个3D打印机的专利权。&在现在已知的6种3D打印技术中，我拥有3种& Bill Masters说到。
　　Bill Masters不仅仅拥有专利权，他还建造了他的第一台3D打印机，一台电脑辅助建模机器&CAMM3.
　　&我就会发明东西& Masters说。到目前为止他已经拥有50多项专利了。
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