由买买提看人间百态

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LES版 - 转:说说3D打印那点事
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相关话题的讨论汇总
话题: 打印机话题: 3d话题: 打印话题: 开源话题: 精度
1 (共1页)
L**********y
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1
http://www.cchere.com/article/3786932
最近河里3d打印这个话题很火,确实今年有关3d打印一堆媒体在炒概念。按阴谋论的思
路,必须各怀鬼胎,有幕后推手。 臭名卓著的嘎特呢gartner hype cycle 2012
http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=2124315
技术曲线也把3d打印列为当前最红的项目(每年都看这个技术曲线的人能理解我为什么
说他臭名卓著)
因为我喜欢玩,受到机器自我繁殖的终极目标蛊惑,先买了个散件装了个小3d打印机,
有用这个小的打印关键零件,造了个大的3d打印机,应当说对这个领域有一点理解,至
少动过手以后比喜欢讲大道理的人能理解深一点,因此看到大家在督工好好的帖子里面
吵架,忍不住发了一贴。
http://www.cchere.com/article/3783294
自以为把事情讲清楚了,结果大家继续吵,各种明显的误解。于是臭p心理发作,发帖
多说几句。本人写贴一贯太监,态度也十分的不友好。向被标题骗进来的酱油众至歉!
看不惯本人的以后请绕道!希望不要在科普贴里继续吵架,谢谢!
L**********y
发帖数: 2525
2
http://www.cchere.com/article/3790244
周末睡了两天觉,今天休息完上工了,大概看了一下回帖。大家关心的问题包括材料安
全,打印精度,能用来干什么,还有想自己DIY的求攻略。
先回答最简单的问题,材料安全。3D打印用的最多的就是各种塑料,因为最后是从打印
头(一个小孔)里面挤出来并且堆积起来的,对材料的热塑性,稳定性,膨胀率都有一
定要求,应当不是什么塑料都能拿来用。这方面我不是专家,说不出个一二。 用的最
多的刚好就是后面有个回帖提到的三种, ABS, PLA, PMMA。 ABS是所谓工程塑料,
加热挤出的时候会有一点气味,也许会影响健康? 但冷却了以后问题不大,我自己闻
不出味道,大量的玩具都是用ABS造的。PLA应当是最安全的,本身就是用粮食造的,并
且号称生物可降解。PLA比ABS的另外一个优势是膨胀率小,可以打印比较大的零件。
ABS因为冷却收缩大尺寸时容易变形,PLA就没这个问题。 PLA不如ABS的地方是强度低
,相对使用温度范围窄,成本也高一些,大约贵出30%。 PMMA一般是做光纤的厂顺便出
一点,不知为什么比PLA和ABS都贵很多,所以用的最少,我自己没用过,也不好评价。
这些材料都存在纯度和质量相关的问题,我用过的比较贵的abs原料味道小,便宜的味
道大,差别很明显,估计是厂家生产原料的纯净度不一样。 如果想给小孩玩,用PLA就
好了,应当没啥安全问题。
精度是个十分复杂的问题,3d打印的精度包括三个轴的运动精度,和打印头挤出材料的
精度,可以类比喷墨打印机,精度也受到机械精度,和打印头喷出来的墨滴大小的影响
。原则上机械运动的精度很容易做到很高,但打印头挤出材料的精度相对就不容易做到
太高,目前用的最多的打印头大概孔径在0.3-0.4mm,对应打印精度应当在孔径的1半0.
15-0.2mm(一层的高度)左右,很多3d打印机的标称值是机械精度,很容易标到0.05mm
甚至更低,但实际上做不到那么好。这个精度问题,以后谈到打印机的构造时再谈。
最后说说这一次想说的重点,要用3d打印机涉及到的软硬件,前面的贴子简单说了一下
,现在展开讲一讲。
要打印一个3d模型,大概需要的软件和硬件有这么几项:
1. 首先需要有一个3d模型,获得模型有以下几个渠道,
a. 最简单就是直接去网上下载,比如makerbot厂家支持的网站
http://thingiverse.com 就是个模型分享网站,上面的各种东西有很多了。今天最热的是iphone5 :-)
b. 自己画, 这里有两大类玩法各不一样,一种是做动画,人物造型的人喜欢用的3d软
件,比如3dmax,maya, 一类是机械设计,零件制造领域用的cad软件 pro-e一类. 前
者主要靠手,后者用到很多数学。但归根结底,最后的模型导出通用交换格式的文件
stl就行了
c 用三维扫描仪扫描, 这个最麻烦,因为3维扫描仪生成的原始数据是点云图,要生成
可用的模型需要很多后期工作。很多人想摆个摊,在街上用3d扫描仪和3d打印机直接做
人偶赚钱,有这个心思恐怕得收收心, 因为不管扫描的后期处理,还是3d打印都很慢
,街头小摊怕是没人等的起。
2. 拿到模型了,需要有个计算机上的软件处理这个模型,包括摆正坐标到合适的位置
。管理和打印机的通讯等,这个软件类似一个集成环境。开源的有好几种。比较著名的
如makerbot的replicatorG,reprap推荐的pronterface
处理模型的计算机软件replicatorG 的界面
真正干活的,是根据模型生成3d打印轨迹的算法引擎,这个叫slice engine。影响3d打
印结果好坏的其实是这个slice engine的算法。 用的最多的开源slice engine 是
skeinforge。非常坑爹的是,这个软件是插件结构,有好几百个参数,初学者遇上没有
不被搞晕的。。。
这是其中比较关键的一项插件的设置,类似插件有二十几个
3 软件生成了3d打印的轨迹,可以通过usb和3d打印机通讯,传输数据。3d打印机自带
的主控接受指令,控制电机和加热机构运转生成模型。 开源打印机基本上都是基于一
个开源硬件系统ardiuno开发的,cpu板是现成的,除此之外就是一些电机驱动,加热控
制电路,本身并不复杂。
这是一个开源的打印机控制板,上面的接口主板 下面是ardiuno板,其实需要的硬件电
路就这么一点。
这类硬件需要的firmware 也大概只要几十k的容量。有各种开源的固件可用,不过大部
分需要自己配置调整。reprap网站上http://www.reprap.org/wiki/Firmware 就列出了很多种固件。
看到这还没被吓到,觉的很简单的同学,可以考虑DIY了。 下次说说3D打印机的硬件结
构。
L**********y
发帖数: 2525
3
http://www.cchere.com/article/3792273
本来想说说3d printer的历史,看了一下wikipedia 的3d printer 部分,其实人家已
经把这部分讲的很清楚了http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing。 我就不再发明一遍轮子了。 今天主要科普一下3d打印机的构造,特别是机械传动部分。这一块我写起来实在是有点勉为其难。本人是纯电子计算机背景,这块基本是完全不懂,因为DIY的缘故,硬着头皮看了一点点机械科普的东西,了解程度应当是皮毛也算不上。好在3d打印对机械精度要求不高,加之现在组件化标准化的产业也很成熟。 就我目前了解的,写点常识性的东西,有错误,还请高人指正。
顺便贴一张开源打印机的谱系图, 这个图已经很复杂了,但仍然不全,
现在小作坊/工厂/个人设计出品的3d打印机数量应当以数百计。
说3d打印机的结构可以从开源打印机的第一代说起reprap1.0
darwin, 就是下面这张图的样子
粗看起来可能挺吓人,其实没那么复杂,最外面是个立方体样子的框子,中间那一块木
板是打印物体的支撑平台,这个平台四个角都架在螺杆上,摞杆靠皮带带通,同步旋转
,这样平台就可以保持水平的基础上升降。 上面那个是打印头,可以水平方向做平面
运动,打印头的水平运动和平面的升降结合起来,最终形成3维的物体。 因此一个3d打
印机的结构,主要是有支持这三个方向的直线运动机构。 reprap的打印机看起来都挺
复杂,是因为设计者的初衷就是想让机器能够复制自己,因此希望各个组成部分都可以
通过3d打印得到(仅仅是理想,实际还差挺远)。因此设计了光杆框架结构的支撑。从
实用性上来讲,这种框架结构,首先对装配调结的要求就很高,其次,主要部件包括电
路板都外露,像个半成品。
因为方形的结构的稳固性和调整困难,第二代reprap 改成了三角框架结构
这种框架结构下,打印头可以在水平一个方向运动,同时能在垂直方向运动,支撑平台
不需要垂直运动了,只要在另外一个水平方向上运动,组合起来就能实现三维的运动。
这里可以看出三维打印机机械设计的原则,把三个方向的运动分解组合实现。
因为reprap的机器设计的不像成品,限制了其使用范围,reprap团队的成员参与创办了
另外一家公司,就是目前很火的makerbot。 makerbot 用切割过的木板做壳体,取代了
简单的框架结构,做出来的打印机有点像商业产品了,比如下面这个第一代
makerbot后面的版本逐步改进机械结构,第二代增大的打印尺寸,提供了自动传输带方
式的连续打印,第三代引入了双打印头。昨天刚刚推出的第四代,全面更新了软硬件,
引入了金属框架,而且。。。不再开源了。。。
其实支持三维的直线运动有更为简洁的设计,回复里有同学提到雕刻机,确实从功能上
讲完全可以。 但因为3维打印机的特点,雕刻机的结构也不是完全合适。 支持直线运
动的传动方式主要就是螺杆,和皮带两种,螺杆的精度比皮带高,载荷也大,但速度低
一些。三维打印机的打印头基本不受力,对载荷没有要求,打印机的运动特点时,在水
平两个方向上速度越快越好,在垂直方向上精度越高越好,速度无所谓(打完一层才动
一次)。因此打印机的传动设计一般都是在水平方向使用皮带(同步带),垂直方向用螺
杆。这和雕刻机相比,稍有不同。
既然是三个方向上的运动,那框架设计就可以不拘泥于以上两种,实际上各种设计也百
花齐放,层出不穷。个人比较喜欢的是以下两个,
Eventorbot
第一个打印机设计的很简洁,用一条方钢就做出了框架,而且电路和传动机构基本隐藏
起来,机器看着就比较美观了,下面是设计文档的链接:
http://reprap.org/wiki/Eventorbot
第二个打印机Rostock使用了delta三角结构,看上去很有科技感,建议感兴趣的同学去
youtube上搜视频看看,非常酷
/450px-Rostock.jpg
这个打印机的工作方式有点像机械臂,不同于传统的平面三维运动,创意十足。设计文
档链接如下
http://reprap.org/wiki/Rostock
写到这里需要吐槽一下,国内也有出三维打印机的厂家,但打着diy旗号的都是拷贝人
家的设计,没有看到那家有自己的独到想法,这种差距,这也许需要很多时间才能补足。
补充:这一部分写的比较简陋,因为机械传动确实不是很懂,只能看个热闹。 个人理
解,目前的3维打印机对机械精度的要求不是很高0.1mm的传动比较容易达到。因此各种
想法都可以尝试。下面这个设计tantillus甚至抛弃了传统的传动轮和皮带,用绕在轴
上的钓鱼线来做传动,效果竟然也很惊人。。。
http://www.tantillus.org/Home.html
下一次说说塑料挤出机构
L**********y
发帖数: 2525
4
本来打算继续写挤出机部分,一琢磨,越具体的话题,可能感兴趣的人就越少,还是先
讨论一下,大家喜闻乐见的,也就是给想买3d打印机的同学答一下疑。
首先,一言蔽之,一切问题都是时间和金钱的问题。在开源打印机火起来之前,一台基
本型号的商业3d打印机是1万美元起,和开源打印机相比,商业打印机有以下优点:
1.软硬件相当成熟,
2.有完善的调试维护服务流程
唯一的缺点就是贵,不光是打印机贵,使用的材料是指定的,非常贵。有人问,我用通
用的材料可以吗? 答案是可以,但出了问题人家就不提供服务了。
注意,我这里没有讨论精度问题,实际上,现在开源打印机的精度和商业打印机没有本
质区别。
好了,我不想花1万美元,最多2,3千美元,在这个档次上有很多在开源基础上发展起
来相对成熟的打印机可以选择。比较起来肯定也是花多点钱能得到服务。别小看这服务
,在实际打印机使用过程中,会碰到影响最终出品质量的各种软硬件问题。如果没有服
务,用户会非常抓狂。
这个档次就轮到大名鼎鼎的makerbot,早先开源,现在不开源的replicator 2了,网址
请猛击链接出处。 本人没有从makerbot哪里拿过任何好处,单独把这个公司提出来是
因为他们对开源社区有很多贡献,打印机也比较有特色,国内很多山寨基本都是仿
makerbot的产品。rep2 售价 $2199
还是贵,800-1500美元的有吗? 有,在这个档次上,能看到非常多的startup,各种不
同的方案。他们通常提供两种选择,组装好的打印机,和全套散件。组装好打印机和散
件的价格一般会差300~400 美元(从中可见,把散件装起来不是一件容易的事情)。
这些打印机的软件方案一般都借助开源软件,即使买回来的是一台组装好的打印机。在
软件设置调试上也需要一定的经验。对于新手来说,你需要开始关注论坛,邮件组,并
且学会在论坛上提问或者搜索问题的答案了。 想自己动手装散件的同学,建议看看这
个链接
http://wiki.makerbot.com/thingomatic-doc:thingomatic-assembly-i
这是makerbot第二代打印机的安装手册,如果觉的这难不倒我,就可以考虑买套件了。
因为3d打印机都大同小异。makerbot这款打印机因为安装文档最丰富,国内仿的也最多
,大约需要3000多人民币就可以买到一套。有一定动手能力的人,可能需要10个小时左
右的时间,把散件装好。另外再加差不多的时间用来调试好机器并且打印出第一个可以
接受的模型。
机器的精细调整需要数月的经验和摸索,同样的机器在不同人手里出品的差别将会很大
。这也是开源和商业成品质量控制上的区别。
如果这都难不倒你,你的乐趣是寻求挑战,完全自己DIY,这里提供了需要了解的打印
机硬件材料的大致清单。
1.打印机的框架,不同机器可以用铝合金(如mendelmax), 亚克力或者航空木板找人
切割,开源打印机网上都会有对应的cad文档。框架的连接件部分需要你自己用三维打
印机打印。也有人出售切割好的框架或者打印的塑料件。
2.传动部分, 根据情况可能需要切割给定长度光轴(硬钢轴,一般用8-12mm直径的)
,购买同步带(用的最多的是GT2,或者S2M) 同步轮, 丝杆(要求不高可以用螺杆代
替),丝杆螺母,步进电机(一般用42电机,国外代号Nema17),联轴器(链接丝杆)
,根据轴的安装方式可以选择直线轴承,或者轴套。或者更进一步用直线导轨。还可能
用到少量滚珠轴承。
3.挤出机,除了一般需要打印部分结构元件外,挤出机包括步进电机,冷却风扇,一个
特定的驱动塑料丝的步进电机齿轮(这个没有金属加工能力的肯定得买)。加热端,包
括一个加热块(用铝或者铜自己加工,工作温度200度~270度),电热管(也有用绕线
电阻的,但肯定加热管功率大),挤出头和金属导管。这些金属的东西自己没有加工能
力都可以买现成的。
4.加热平台,模型挤出的平面,因为原料结合和原料热膨胀系数的缘故,这个平台需要
加温到100度, 可以选择用印刷电路板,或者硅胶板来加热,平台表面可以用单面的万
能印刷电路板(洞洞板)或者硅硼玻璃。
5.电子部分, 至少4个步进电机(三轴+挤出机),对应步进电机驱动板。一般3d打印
机都用到一块arduino主板,一块接口扩展板,各种电子元件若干。除了电阻,电容,
二极管,LED以及各种连接件以外,特殊一点的包括测温的热电阻或者热电偶, 控制加
热元件的功率mos管或者固态继电器。检测停止位的机械微动开关或者光电开关。以及
一个12V,输出功率在100W(视加热的情况可能要200W以上)的电源。如果想脱离计算机
操作,还需要按键,LCD,SD卡槽等输入输出装置。
6.辅助零件,包括螺丝,垫片,螺母,弹簧,不同直径的尼龙管,硅胶管,各种胶带等
等。这些小东西如果自己准备,非常麻烦,有时候差几个就要去买一趟。为了方便我在
家准备了10几斤不同尺寸的螺丝螺母。。。
7.工具,包括机械的和测量的都得有。
完全自己买散件,依靠万能的taobao做一台3d打印机的成本大约在1,2千元人民币左右
。外加几个月的空余时间。实际上我觉的只有把diy当作乐趣的人才会选择最后一种方
案,你用的时间肯定不只这点省下来的钱。
最后提醒一下,我们搞来的是一个大玩具,玩好需要时间和耐心
T*********n
发帖数: 1361
5
建筑专业很多prototype的石膏模型,都是3D打印出来的。
把打印机的历史综述,和各种吐槽去掉。。
先交待下三维上打印头运动的基本原理,然后简单交待下模型的生成和运动轨迹的
算法
最后再介绍硬件设备,和怎样DIY一个简易打印机,打印一个最简单的模型。。
才是一个好的crash course..
感觉很多技术概念和具体操作,没必要复杂化,简单解决问题就好了。。

L**********y
发帖数: 2525
6
我上学的时候,是电热丝切泡沫塑料做模型。吸了好些毒气

【在 T*********n 的大作中提到】
: 建筑专业很多prototype的石膏模型,都是3D打印出来的。
: 把打印机的历史综述,和各种吐槽去掉。。
: 先交待下三维上打印头运动的基本原理,然后简单交待下模型的生成和运动轨迹的
: 算法
: 最后再介绍硬件设备,和怎样DIY一个简易打印机,打印一个最简单的模型。。
: 才是一个好的crash course..
: 感觉很多技术概念和具体操作,没必要复杂化,简单解决问题就好了。。
:
:

T*********n
发帖数: 1361
7
我觉得材料化学的比较惨,主要课题就是各种化学物质混着烧,各种中毒。
不知道版上有没有中枪的
h*******7
发帖数: 110
8
能打印垃圾么?
人渣?
实在不行,就叉烧吧。
L**********y
发帖数: 2525
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http://www.cchere.com/article/3786932
最近河里3d打印这个话题很火,确实今年有关3d打印一堆媒体在炒概念。按阴谋论的思
路,必须各怀鬼胎,有幕后推手。 臭名卓著的嘎特呢gartner hype cycle 2012
http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=2124315
技术曲线也把3d打印列为当前最红的项目(每年都看这个技术曲线的人能理解我为什么
说他臭名卓著)
因为我喜欢玩,受到机器自我繁殖的终极目标蛊惑,先买了个散件装了个小3d打印机,
有用这个小的打印关键零件,造了个大的3d打印机,应当说对这个领域有一点理解,至
少动过手以后比喜欢讲大道理的人能理解深一点,因此看到大家在督工好好的帖子里面
吵架,忍不住发了一贴。
http://www.cchere.com/article/3783294
自以为把事情讲清楚了,结果大家继续吵,各种明显的误解。于是臭p心理发作,发帖
多说几句。本人写贴一贯太监,态度也十分的不友好。向被标题骗进来的酱油众至歉!
看不惯本人的以后请绕道!希望不要在科普贴里继续吵架,谢谢!
L**********y
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10
http://www.cchere.com/article/3790244
周末睡了两天觉,今天休息完上工了,大概看了一下回帖。大家关心的问题包括材料安
全,打印精度,能用来干什么,还有想自己DIY的求攻略。
先回答最简单的问题,材料安全。3D打印用的最多的就是各种塑料,因为最后是从打印
头(一个小孔)里面挤出来并且堆积起来的,对材料的热塑性,稳定性,膨胀率都有一
定要求,应当不是什么塑料都能拿来用。这方面我不是专家,说不出个一二。 用的最
多的刚好就是后面有个回帖提到的三种, ABS, PLA, PMMA。 ABS是所谓工程塑料,
加热挤出的时候会有一点气味,也许会影响健康? 但冷却了以后问题不大,我自己闻
不出味道,大量的玩具都是用ABS造的。PLA应当是最安全的,本身就是用粮食造的,并
且号称生物可降解。PLA比ABS的另外一个优势是膨胀率小,可以打印比较大的零件。
ABS因为冷却收缩大尺寸时容易变形,PLA就没这个问题。 PLA不如ABS的地方是强度低
,相对使用温度范围窄,成本也高一些,大约贵出30%。 PMMA一般是做光纤的厂顺便出
一点,不知为什么比PLA和ABS都贵很多,所以用的最少,我自己没用过,也不好评价。
这些材料都存在纯度和质量相关的问题,我用过的比较贵的abs原料味道小,便宜的味
道大,差别很明显,估计是厂家生产原料的纯净度不一样。 如果想给小孩玩,用PLA就
好了,应当没啥安全问题。
精度是个十分复杂的问题,3d打印的精度包括三个轴的运动精度,和打印头挤出材料的
精度,可以类比喷墨打印机,精度也受到机械精度,和打印头喷出来的墨滴大小的影响
。原则上机械运动的精度很容易做到很高,但打印头挤出材料的精度相对就不容易做到
太高,目前用的最多的打印头大概孔径在0.3-0.4mm,对应打印精度应当在孔径的1半0.
15-0.2mm(一层的高度)左右,很多3d打印机的标称值是机械精度,很容易标到0.05mm
甚至更低,但实际上做不到那么好。这个精度问题,以后谈到打印机的构造时再谈。
最后说说这一次想说的重点,要用3d打印机涉及到的软硬件,前面的贴子简单说了一下
,现在展开讲一讲。
要打印一个3d模型,大概需要的软件和硬件有这么几项:
1. 首先需要有一个3d模型,获得模型有以下几个渠道,
a. 最简单就是直接去网上下载,比如makerbot厂家支持的网站
http://thingiverse.com 就是个模型分享网站,上面的各种东西有很多了。今天最热的是iphone5 :-)
b. 自己画, 这里有两大类玩法各不一样,一种是做动画,人物造型的人喜欢用的3d软
件,比如3dmax,maya, 一类是机械设计,零件制造领域用的cad软件 pro-e一类. 前
者主要靠手,后者用到很多数学。但归根结底,最后的模型导出通用交换格式的文件
stl就行了
c 用三维扫描仪扫描, 这个最麻烦,因为3维扫描仪生成的原始数据是点云图,要生成
可用的模型需要很多后期工作。很多人想摆个摊,在街上用3d扫描仪和3d打印机直接做
人偶赚钱,有这个心思恐怕得收收心, 因为不管扫描的后期处理,还是3d打印都很慢
,街头小摊怕是没人等的起。
2. 拿到模型了,需要有个计算机上的软件处理这个模型,包括摆正坐标到合适的位置
。管理和打印机的通讯等,这个软件类似一个集成环境。开源的有好几种。比较著名的
如makerbot的replicatorG,reprap推荐的pronterface
处理模型的计算机软件replicatorG 的界面
真正干活的,是根据模型生成3d打印轨迹的算法引擎,这个叫slice engine。影响3d打
印结果好坏的其实是这个slice engine的算法。 用的最多的开源slice engine 是
skeinforge。非常坑爹的是,这个软件是插件结构,有好几百个参数,初学者遇上没有
不被搞晕的。。。
这是其中比较关键的一项插件的设置,类似插件有二十几个
3 软件生成了3d打印的轨迹,可以通过usb和3d打印机通讯,传输数据。3d打印机自带
的主控接受指令,控制电机和加热机构运转生成模型。 开源打印机基本上都是基于一
个开源硬件系统ardiuno开发的,cpu板是现成的,除此之外就是一些电机驱动,加热控
制电路,本身并不复杂。
这是一个开源的打印机控制板,上面的接口主板 下面是ardiuno板,其实需要的硬件电
路就这么一点。
这类硬件需要的firmware 也大概只要几十k的容量。有各种开源的固件可用,不过大部
分需要自己配置调整。reprap网站上http://www.reprap.org/wiki/Firmware 就列出了很多种固件。
看到这还没被吓到,觉的很简单的同学,可以考虑DIY了。 下次说说3D打印机的硬件结
构。
相关主题
从进口产品类型清单,看我国制造业最落后的环节買了一個Made in USA的冰桶 一台Made in Taiwan的電扇
没有美国GE, 青藏铁路就是废铁8、驱动系统-耦合器
尼玛,廊坊有乌泱乌泱的五毛,美国有木有“电冷暖空调”?NASA投资3D食物打印机 (转载)
L**********y
发帖数: 2525
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http://www.cchere.com/article/3792273
本来想说说3d printer的历史,看了一下wikipedia 的3d printer 部分,其实人家已
经把这部分讲的很清楚了http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing。 我就不再发明一遍轮子了。 今天主要科普一下3d打印机的构造,特别是机械传动部分。这一块我写起来实在是有点勉为其难。本人是纯电子计算机背景,这块基本是完全不懂,因为DIY的缘故,硬着头皮看了一点点机械科普的东西,了解程度应当是皮毛也算不上。好在3d打印对机械精度要求不高,加之现在组件化标准化的产业也很成熟。 就我目前了解的,写点常识性的东西,有错误,还请高人指正。
顺便贴一张开源打印机的谱系图, 这个图已经很复杂了,但仍然不全,
现在小作坊/工厂/个人设计出品的3d打印机数量应当以数百计。
说3d打印机的结构可以从开源打印机的第一代说起reprap1.0
darwin, 就是下面这张图的样子
粗看起来可能挺吓人,其实没那么复杂,最外面是个立方体样子的框子,中间那一块木
板是打印物体的支撑平台,这个平台四个角都架在螺杆上,摞杆靠皮带带通,同步旋转
,这样平台就可以保持水平的基础上升降。 上面那个是打印头,可以水平方向做平面
运动,打印头的水平运动和平面的升降结合起来,最终形成3维的物体。 因此一个3d打
印机的结构,主要是有支持这三个方向的直线运动机构。 reprap的打印机看起来都挺
复杂,是因为设计者的初衷就是想让机器能够复制自己,因此希望各个组成部分都可以
通过3d打印得到(仅仅是理想,实际还差挺远)。因此设计了光杆框架结构的支撑。从
实用性上来讲,这种框架结构,首先对装配调结的要求就很高,其次,主要部件包括电
路板都外露,像个半成品。
因为方形的结构的稳固性和调整困难,第二代reprap 改成了三角框架结构
这种框架结构下,打印头可以在水平一个方向运动,同时能在垂直方向运动,支撑平台
不需要垂直运动了,只要在另外一个水平方向上运动,组合起来就能实现三维的运动。
这里可以看出三维打印机机械设计的原则,把三个方向的运动分解组合实现。
因为reprap的机器设计的不像成品,限制了其使用范围,reprap团队的成员参与创办了
另外一家公司,就是目前很火的makerbot。 makerbot 用切割过的木板做壳体,取代了
简单的框架结构,做出来的打印机有点像商业产品了,比如下面这个第一代
makerbot后面的版本逐步改进机械结构,第二代增大的打印尺寸,提供了自动传输带方
式的连续打印,第三代引入了双打印头。昨天刚刚推出的第四代,全面更新了软硬件,
引入了金属框架,而且。。。不再开源了。。。
其实支持三维的直线运动有更为简洁的设计,回复里有同学提到雕刻机,确实从功能上
讲完全可以。 但因为3维打印机的特点,雕刻机的结构也不是完全合适。 支持直线运
动的传动方式主要就是螺杆,和皮带两种,螺杆的精度比皮带高,载荷也大,但速度低
一些。三维打印机的打印头基本不受力,对载荷没有要求,打印机的运动特点时,在水
平两个方向上速度越快越好,在垂直方向上精度越高越好,速度无所谓(打完一层才动
一次)。因此打印机的传动设计一般都是在水平方向使用皮带(同步带),垂直方向用螺
杆。这和雕刻机相比,稍有不同。
既然是三个方向上的运动,那框架设计就可以不拘泥于以上两种,实际上各种设计也百
花齐放,层出不穷。个人比较喜欢的是以下两个,
Eventorbot
第一个打印机设计的很简洁,用一条方钢就做出了框架,而且电路和传动机构基本隐藏
起来,机器看着就比较美观了,下面是设计文档的链接:
http://reprap.org/wiki/Eventorbot
第二个打印机Rostock使用了delta三角结构,看上去很有科技感,建议感兴趣的同学去
youtube上搜视频看看,非常酷
/450px-Rostock.jpg
这个打印机的工作方式有点像机械臂,不同于传统的平面三维运动,创意十足。设计文
档链接如下
http://reprap.org/wiki/Rostock
写到这里需要吐槽一下,国内也有出三维打印机的厂家,但打着diy旗号的都是拷贝人
家的设计,没有看到那家有自己的独到想法,这种差距,这也许需要很多时间才能补足。
补充:这一部分写的比较简陋,因为机械传动确实不是很懂,只能看个热闹。 个人理
解,目前的3维打印机对机械精度的要求不是很高0.1mm的传动比较容易达到。因此各种
想法都可以尝试。下面这个设计tantillus甚至抛弃了传统的传动轮和皮带,用绕在轴
上的钓鱼线来做传动,效果竟然也很惊人。。。
http://www.tantillus.org/Home.html
下一次说说塑料挤出机构
L**********y
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本来打算继续写挤出机部分,一琢磨,越具体的话题,可能感兴趣的人就越少,还是先
讨论一下,大家喜闻乐见的,也就是给想买3d打印机的同学答一下疑。
首先,一言蔽之,一切问题都是时间和金钱的问题。在开源打印机火起来之前,一台基
本型号的商业3d打印机是1万美元起,和开源打印机相比,商业打印机有以下优点:
1.软硬件相当成熟,
2.有完善的调试维护服务流程
唯一的缺点就是贵,不光是打印机贵,使用的材料是指定的,非常贵。有人问,我用通
用的材料可以吗? 答案是可以,但出了问题人家就不提供服务了。
注意,我这里没有讨论精度问题,实际上,现在开源打印机的精度和商业打印机没有本
质区别。
好了,我不想花1万美元,最多2,3千美元,在这个档次上有很多在开源基础上发展起
来相对成熟的打印机可以选择。比较起来肯定也是花多点钱能得到服务。别小看这服务
,在实际打印机使用过程中,会碰到影响最终出品质量的各种软硬件问题。如果没有服
务,用户会非常抓狂。
这个档次就轮到大名鼎鼎的makerbot,早先开源,现在不开源的replicator 2了,网址
请猛击链接出处。 本人没有从makerbot哪里拿过任何好处,单独把这个公司提出来是
因为他们对开源社区有很多贡献,打印机也比较有特色,国内很多山寨基本都是仿
makerbot的产品。rep2 售价 $2199
还是贵,800-1500美元的有吗? 有,在这个档次上,能看到非常多的startup,各种不
同的方案。他们通常提供两种选择,组装好的打印机,和全套散件。组装好打印机和散
件的价格一般会差300~400 美元(从中可见,把散件装起来不是一件容易的事情)。
这些打印机的软件方案一般都借助开源软件,即使买回来的是一台组装好的打印机。在
软件设置调试上也需要一定的经验。对于新手来说,你需要开始关注论坛,邮件组,并
且学会在论坛上提问或者搜索问题的答案了。 想自己动手装散件的同学,建议看看这
个链接
http://wiki.makerbot.com/thingomatic-doc:thingomatic-assembly-i
这是makerbot第二代打印机的安装手册,如果觉的这难不倒我,就可以考虑买套件了。
因为3d打印机都大同小异。makerbot这款打印机因为安装文档最丰富,国内仿的也最多
,大约需要3000多人民币就可以买到一套。有一定动手能力的人,可能需要10个小时左
右的时间,把散件装好。另外再加差不多的时间用来调试好机器并且打印出第一个可以
接受的模型。
机器的精细调整需要数月的经验和摸索,同样的机器在不同人手里出品的差别将会很大
。这也是开源和商业成品质量控制上的区别。
如果这都难不倒你,你的乐趣是寻求挑战,完全自己DIY,这里提供了需要了解的打印
机硬件材料的大致清单。
1.打印机的框架,不同机器可以用铝合金(如mendelmax), 亚克力或者航空木板找人
切割,开源打印机网上都会有对应的cad文档。框架的连接件部分需要你自己用三维打
印机打印。也有人出售切割好的框架或者打印的塑料件。
2.传动部分, 根据情况可能需要切割给定长度光轴(硬钢轴,一般用8-12mm直径的)
,购买同步带(用的最多的是GT2,或者S2M) 同步轮, 丝杆(要求不高可以用螺杆代
替),丝杆螺母,步进电机(一般用42电机,国外代号Nema17),联轴器(链接丝杆)
,根据轴的安装方式可以选择直线轴承,或者轴套。或者更进一步用直线导轨。还可能
用到少量滚珠轴承。
3.挤出机,除了一般需要打印部分结构元件外,挤出机包括步进电机,冷却风扇,一个
特定的驱动塑料丝的步进电机齿轮(这个没有金属加工能力的肯定得买)。加热端,包
括一个加热块(用铝或者铜自己加工,工作温度200度~270度),电热管(也有用绕线
电阻的,但肯定加热管功率大),挤出头和金属导管。这些金属的东西自己没有加工能
力都可以买现成的。
4.加热平台,模型挤出的平面,因为原料结合和原料热膨胀系数的缘故,这个平台需要
加温到100度, 可以选择用印刷电路板,或者硅胶板来加热,平台表面可以用单面的万
能印刷电路板(洞洞板)或者硅硼玻璃。
5.电子部分, 至少4个步进电机(三轴+挤出机),对应步进电机驱动板。一般3d打印
机都用到一块arduino主板,一块接口扩展板,各种电子元件若干。除了电阻,电容,
二极管,LED以及各种连接件以外,特殊一点的包括测温的热电阻或者热电偶, 控制加
热元件的功率mos管或者固态继电器。检测停止位的机械微动开关或者光电开关。以及
一个12V,输出功率在100W(视加热的情况可能要200W以上)的电源。如果想脱离计算机
操作,还需要按键,LCD,SD卡槽等输入输出装置。
6.辅助零件,包括螺丝,垫片,螺母,弹簧,不同直径的尼龙管,硅胶管,各种胶带等
等。这些小东西如果自己准备,非常麻烦,有时候差几个就要去买一趟。为了方便我在
家准备了10几斤不同尺寸的螺丝螺母。。。
7.工具,包括机械的和测量的都得有。
完全自己买散件,依靠万能的taobao做一台3d打印机的成本大约在1,2千元人民币左右
。外加几个月的空余时间。实际上我觉的只有把diy当作乐趣的人才会选择最后一种方
案,你用的时间肯定不只这点省下来的钱。
最后提醒一下,我们搞来的是一个大玩具,玩好需要时间和耐心
T*********n
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建筑专业很多prototype的石膏模型,都是3D打印出来的。
把打印机的历史综述,和各种吐槽去掉。。
先交待下三维上打印头运动的基本原理,然后简单交待下模型的生成和运动轨迹的
算法
最后再介绍硬件设备,和怎样DIY一个简易打印机,打印一个最简单的模型。。
才是一个好的crash course..
感觉很多技术概念和具体操作,没必要复杂化,简单解决问题就好了。。

L**********y
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我上学的时候,是电热丝切泡沫塑料做模型。吸了好些毒气

【在 T*********n 的大作中提到】
: 建筑专业很多prototype的石膏模型,都是3D打印出来的。
: 把打印机的历史综述,和各种吐槽去掉。。
: 先交待下三维上打印头运动的基本原理,然后简单交待下模型的生成和运动轨迹的
: 算法
: 最后再介绍硬件设备,和怎样DIY一个简易打印机,打印一个最简单的模型。。
: 才是一个好的crash course..
: 感觉很多技术概念和具体操作,没必要复杂化,简单解决问题就好了。。
:
:

T*********n
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我觉得材料化学的比较惨,主要课题就是各种化学物质混着烧,各种中毒。
不知道版上有没有中枪的
L**********y
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周末在杂志上看到相关网站:
http://www.thingiverse.com/
进主流杂志了。DDD和SSYS也上IBD50好一阵了。
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