3D 打印机新手入门教程

前言:写这篇文章的时候,我玩3D打印机还不到48小时。3D打印机、无人机,这些听起来很高端的东西,其实原理都很简单。

你只需要一点点耐心,借助社区和华强北的力量,就可以弄出很有意思的东西。

3D打印机的工作原理

3D打印机通过把一段塑料棒加热融化,在2D平面上打印想要的形状。由于挤出的材料有一定的直径,一层一层叠起来最终就可以形成“3D”的物件。

我们大部分人都使用过 3D 打印的产品 —— 生日蛋糕。

3D打印机的组成

一台3D打印机,大概有几十个零件。我们可以根据功能,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,通过皮带或者齿轮来带动喷头运动。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。皮带过松,可能打印的时候有旷量——就是电机已经转了,喷头没有相应的移动,或延迟移动。表现出来的现象就是打印的圆弧不圆,直角不直。

使用过程中,要留意这部分内容,经常调节维护。

喷头:打印机的心脏

前面为了好理解,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)。

这部分的要点是【温度】和【打印速度】。

温度

如果喷头温度过低,材料融化不充分,不能跟已经打印的部分贴合,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。

如果温度过高,材料不能及时冷却,固化,会把已经打印出来层融化掉,打印出来的东西会比较塌,不太好成型。

要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。

打印速度

速度由喷嘴直径和推送装置的推进速度决定。

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。用通用的1.75mm线材的话,0.2mm的层高比较合理。

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

开始从知乎上看到Anet A8,了解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

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。

https://www.thingiverse.com/groups/anet-a8-prusa-i3/topic:16892

因为书房根本放不下A8那么大的机器,就买了他家紧凑型的 A3。

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。

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。

切片软件:

打印参数设置对最终打印效果有决定性作用。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。

玩3D打印机需要多少钱?

从网上的资料和我实际的实用经验看。市面上1000-5000的机器,差别都不大。选机器的时候,买最便宜的、社区比较活跃的机器就可以,Anet 的 A8 满足这两点。

Anet 目前有 A8,A6,A3 三个型号。A8,A6 需要自己组装,像宜家家居。A3是一体机。功能方面,用的元器件都是相同的。

价格上,A8最便宜,不到1000块。A6比A8贵一百多,感觉应该是为了营销做的套壳版本。买A8就行了。

A3 除了体积小点以外,没别的优势。1788的价格,性价比不高。我买A3另一个原因是,闲鱼上正好有台1200的二手机,然后机器本身有点故障,最后800块收的。

那么,你入门需要的花费是:

  1. 入门打印机:¥948(比如Anet A8)

  2. 3D打印机耗材:¥48 x 2 (推荐PLA和ABS各买一卷灰色的)

  3. 没有第三项

如果对自己的热情没信心,就不要单独买耗材,用送的线材试试手就可以了。这样,入门的最低花费差不多就是900块左右。


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。

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。

一定要把注意力集中在东西的设计,而不是工具上。3D打印+电子器件,3D打印+AR,3D打印+航模,3D打印+xxx。

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)

Neil Wang

产品经理。喜欢摄影,滑板,电影。微信公众号:NeilOnly