文档介绍：当想要制作一台3D打印机的时候,首先要有它是什么的大致概念。如果身边的人有这么一台,那么你可以在主人允许的情况下好好调戏一下。如果没有,可以在视频网站上搜索,你会找到到很多3D打印机的工作视频;还可以阅读一些文章,了解3D打印机的原理。这里,我会以我们制作的“透镜”项目为例讲解。
桌面级3D打印机的工作原理,可以参考《那些关于3D打印,你不得不知道的事儿》。
Step 1: 准备工作
如果你不太了解机械电子这方面的知识,最好能找到一些相关专业的朋友,特别是有工程经验的作为顾问,他们能够帮助你解决在原理和基础知识上的许多困惑。不过调试机器还是尽量亲手来做吧。
接下来就应该选择你的基础方案了。开源社区RepRap上有很多种可供选择的方案,如果你难以判断哪些方案会比较好,可以考虑人气最高的那些。如果你有相关的专业技能,不妨试试自己设计一套方案出来,这样做会十分有乐趣,只是相应的也会遇到更多困难。还有一点需要注意的是,让自己设计方案尽量与其他的开源方案在接口上兼容,这样能更好地利用开源社区里的资源。
RepRap提供的大量方案列表:/wiki/RepRap_Options
如果附近就有很多加工厂,你或许可以借助他们的机器设备来完成3D打印机的部件加工。然而大多数人没有这么方便的条件。这个时候试着问问万能的淘宝吧。
但如果时间比较紧,或者精力有限的话,淘宝上还可以买到基本加工完成的套件,只需要按照步骤组装调试就可以了。不过即使这样,了解一些设计目的和工作原理也是很有意义的。
以下每一步中给出的预算,是以“透镜”项目为基础,包含了以防万一的冗余成本。所以如果是个中老手的话,实际成本会比这低。物料清单也是以“透镜”所使用的方案为准,因此可能会与你实际选用的方案有很大不同。
Step 2: 机械结构
预算:2000元
参考清单:
胶合板:1m×2m(单张大板没法包装快递,所以最好自行到附近的建材市场购买,或者考虑其他方案)
标准件若干:M6螺钉、螺母、垫片,M3螺钉、螺母、垫片,、螺母、垫片……(建议按整包买)
内径6mm的V槽滑轮轴承与圆形轴承若干
42步进电机×4(其中一个自带300mm丝杆)
同步带1m
齿轮(规格要与步进电机和同步带配对)
挤出机喷头
螺丝刀一套
游标卡尺一把
米尺一把
台锯:用于自行切割零件
台钻与对应的麻花钻:用于自行给零件钻孔
按照FDM的原理,需要一个驱动喷头与平台做精确相对运动的驱动系统。这个驱动系统一般采用三维直角坐标系,将三维方向上的运动分解成三个方向上的直线运动,分别由三个轴之一来驱动喷头或平台。3D打印机的机械结构应该能让这三个轴都能独立受控移动。每个轴常用的结构有丝杆结构和同步带结构两种,用一台步进电机(一般是42步进电机)来驱动。
用于熔化及喷出熔融塑料的这部分机械,叫做挤出机。在打印过程中,挤出机要不断向喷头提供塑料丝,因此挤出机也要配一个步进电机进料齿轮,用来进料。为了让进料齿轮和塑料丝之间有一定的驱动力,又不夹得太紧卡死,需要精确的配合间隙调整。这一间隙可以用精密的机床来加工,也可以参考whiteAnt的结构使用手工加工的零件调整松紧。
whiteAnt的机械结构模型(来自)
 
挤出机的进料结构,上面是黄铜进料齿轮,下面这个圆盘是可以自由转动的V槽滑轮轴承,侧面有导引用的V型槽
如果是自己手工制作,可以考虑用胶合板这样的材料,既便于加工又有一定的机械强度。如果找工厂代工制作零件,可供选择的材料就很多了。比较推荐的材料是亚克力板,它机械强度高、重量轻、便于加工。如果自己有台钻的话,可以自行使用工具在压克力板上钻孔。还可以使用金属,比如铝合金或者不锈钢。也可以像RepRap那样,绝大多数结构件使用现成的标准件,只用一些3D打印的零件做连接。这些材料也都可以在淘宝上找到对应的原料商和加工厂。
台钻与胶合板
 
标准件(请忽视其中乱入的小物件)
 
仿照whiteAnt机械结构的“透镜”3D打印机,使用亚克力板、胶合板和铁片制作
“透镜”使用的是whiteAnt的机械结构,但是为了符合我国国标把whiteAnt的机械参数做了一些兼容改造。whiteAnt机械部分的工作量较大,因此建议新手参考RepRap Prusa Mendel的方案。
Tip: 亚克力板熔点较低,钻孔时不要让钻头的转速太快,否则摩擦产生的大量热量会让它熔化;而且亚克力板不适合做耐高温的部分,比如载物台和挤出机的某些部位。
Tip: 找代工的童鞋,请一定要提供符合国家标准的图纸。
“透镜”项目图纸的一部分
挤出机的喷嘴是非常精密的部件,自行设计制造会有一定难度,因此可直接购买。
在载物台上,你可以考虑加装一个热床,这是一块放在载物台上用来加