3D 打印机新手入门教程

概述:据我48小时的3D打印机经历,说说要注意的部分。新人少走一些弯路。

工作原理

3D打印机的原理其实跟热熔胶枪是一样的,就是把一段塑料棒加热融化,在喷嘴上寄出来画出来想要的形状。挤出的材料有一定的直径,一层一层叠起来就会形成立体的物件。


我们大部分人其实都接触过 3D 打印的产品 —— 蛋糕。


只不过它精确的控制挤出直径,冷却温度,X、Y、Z的控制精度。让每一层材料精确的冷却固化在指定位置。

一台3D打印机,大概有几十个零件。根据分工,我们可以把它们抽象成几个部分。



外框:打印机的骨架


打印的过程中,喷头要在水平XY平面和垂直的Z轴运动(有的机型是喷头固定高度,打印平台来移动)。外框越稳固,便宜越少,打印出来的效果就越好。DIY机型的框架调牢固的话,打印效果是不输给一体机的。



步进电机+传动系统:打印机的手臂

打印机一般用三个步进电机,带动皮带或者齿轮来控制喷头。电机的精度普遍都挺高的,所以这个部分,决定因素其实是皮带。皮带过紧可能会在打印过程中眺齿。皮带过送,可能打印的时候有旷量,就是电机以及转了,喷头没有相应的移动。表现出来的现象就是打印的圆弧不圆,直角不直。

不管是DIY机器的时候,还是使用过程中,都要留意这部分内容,经常调节维护。



喷头:打印机的心脏


这里为了好理解,用了喷头这个词。标准的叫法是挤出机。包含一个喷嘴,一个加热装置让材料融化,一个推送装置把固体的料拉进加热区域,一个冷却风扇让喷头的材料温度降下来,到打印出来的时候快速固化。

这部分的重点是温度和速度。

根据不同的材料来配置加热温度,让材料可以顺畅的在固态——液态——固态之间转化。加热温度比较固定,根据材料配置就行,比如PLA材料210℃比较合适。

温度过高,不能及时冷却,固话,打印出来的东西会比较塌,不太好成型。温度过低,材料没有足够的温度,跟已经打印的原料结合,打印出来的东西会比较的噪,像麻的一样。强度也不够,容易分层断裂。

速度由喷嘴直径和推送装置的速度决定。这个也要平衡好,直径(Layer 层高)设置的太细0.06mm,精度(分辨率)会高,但是需要打印更久。0.2mm的层高就可以了。



小脑:打印机操作系统

民用桌面3D打印机,打多是基于开源的 RepRap 项目,或者定制的 RepRap 系统。类似 Android 的情况。这个系统用来执行 Gcode 打印指令,然后用传感器收集温度数据上传。纯执行角色。



大脑:切片软件


切片软件才是打印机的大脑。

这里面可以分三个部分说。

首先是打印的走线。就是模型分层后,具体喷头走哪个路径。怎么避开已经打印的线,怎么尽量拐大弯来降低对精度的要求。

然后是填充算法。怎么保证用料又少,又有足够的结构强度。

还有就是支撑结构。这个可以拿攀岩来打比方,你攀一个负角度的地方,就容易掉下去。一般你设计的悬空角度不大于45°,那应该可以直接打印。如果模型中有多处悬空,会造成打印层的松软和下沉。软件可以自动的在悬空的位置下面垫一些料,自动帮你完成。

以上就是3D打印机的全部了。加上切片软件也只有5个部分,其实没什么太深奥的东西。

从上面的介绍你可以看出来。材料和切片软件部分是有比较大的技术空间的,是真正之前的地方。喷头、传动、框架没有任何技术含量,这部分东西,价格会越来越低。现在国内的DIY套件已经是千元以内了。像 MakerBot 这种整合了软硬件的公司,才能最后活下来。





我的玩机过程。

机型:

开始看的是A8,从知乎上看到这个机器国外的社区活跃度很不错。

如何DIY一台3D打印机? - 回答作者: 袁博融如何DIY一台3D打印机? - 知乎

后面发现书房根本放不下那么大的机器,就买了他家紧凑型的 A3。


买来以后,逛社区,发现A8这个机器,都可以算是一个开源硬件了,在 thingivese 上有个非常大的群。比如一个用户遇到问题去发吐槽贴,马上有国际友人站出来解决问题。这种开源的力量,真的非常可怕。

Anet A8 print quality is bad

YouTube上也有足够的视频资源。



打印质量:

刚开始用的时候非常奔溃。因为入门级的机器没有调平,自检这些东西,全靠自己调。最开始的时候,打印出来的东西完全不成型。



调平:

万丈高楼平地起,调平是,最最最重要的环节。只有第一层打印好,后面的层才能好。


注意这里的调平不是把机器调水平,是把喷头和打印平面调平行。这样才能一层一层的平行把内容铺上去。

方法:先打简单的单层形状,观察打印结果。太松散说明挤出头到热床的距离太大。太紧,取不下来,说明距离太小,已经压缩了。


形状:

成型之后,又发现有个位置的圆一直是瘪的。参照上面说的原理。检查皮带,确保松紧合适。电机转动时,皮带实时跟着转。调节皮带,直到打出准确的形状。


物料更换:

更换物料时,先下压,再拔出。下压,是把物料送到加热区域融化,然后一拉就断开,拉出来了。开始不理解原理,硬拉,很容易损坏挤出机。



切片软件:

打印参数设置会影响最终打印效果。需要根据自己的机器,用的材料设定最优的方案。这块儿涉及到的内容比较多。后面单独写一篇文章说一下。



送料的平滑性:

A3 的解决方案不是很好,送料不顺滑。有时候卡料,会导致那段打印出来的东西不平滑。
需要自己DIY,滑板滚轮作为支持,让滑板轴承去旋转。



写在后面的话:


3D 打印机只是工具,用来实现你的一些想法,制造自己喜欢的东西。一定要把注意力集中在东西的设计,而不是工具上。工具摆弄的再熟,也只能是个网管,或者脚本小子那类的角色。随着机器智能化,这种人是注定会被淘汰掉的。


Read More:


以下两本是3D打印比较好的入门的书,特别是第一本。有大量的操作经验。

《Getting Started with 3D Printing》(中文:爱上3D打印)(基础知识)

《创客:新工业革命》(大局观)


附:打印延时视频


3D 打印测试 - Robit 001
编辑于 2017-06-18

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