3D打印（1）

1. 3D打印簡介

有兩種定義。狹義指“MIT開發的以粉末為基礎的製造技術”。廣義上指所有的增材製造技術（Additive Manufacturing）。據Andreas Gebhardt對添加性製造技術的入門書籍Understanding Additive Manufacturing，添加性製造技術有很多種，MIT開發的3D打印技術隻是其中一種：
1. 以高分子聚合反應為基本原理：激光立體印刷術（Stereolithography， SLA，有著名的Objet（已和Stratasys合並）和Formlabs為代表）, 高分子打印技術（Polymer Printing）, 高分子噴射技術（Polymer Jetting）, 數字化光照加工技術（Digital Lighting Processing）, 微型立體印刷術（Micro Stereolithography）。
2. 以燒結和熔化為基本原理： 選擇性激光燒結技術（Selective Laser Sintering， SLS，3D打印行業龍頭老大3D System的看家本領，EOS也是傑出代表）, 選擇性激光熔化技術（Selective Laser Melting, SLM）, 電子束熔化技術（Electron Beam Melting， EBM）。
3. 以粉末-粘合劑為基本原理：三維打印技術（Three Dimensional Printing, 3DP，MIT在90年發明的，Zcorp（已被3D Systems收購）、voxeljet是傑出代表）
4. 熔融沉積造型技術（Fused Deposition Modeling, FDM，著名代表有RepRap項目、MakerBot和Stratasys公司）
5. 層壓製造技術（Layer Laminate Manufacturing, LLM）
6. 氣溶膠打印技術（Aerosolprinting）
7. 生物繪圖技術（Bioplotter）
每一種添加性製造技術的具體原理都不一樣，但是主要都是想辦法根據電腦數據，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過二維逐層打印的方式，疊加構造三維物體的技術。它可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意形狀的部件，極大地提高了生產效率和製造柔性。
小型3D打印機最為常用的就是用液態材料沉積成型，這個有點類似噴墨打印機，隻不過噴頭噴出的不是墨水而是熱塑性塑料或共晶係統金屬等可迅速固化的材料，也有采用激光燒結方式的3D打印機，隻不過加工原料就變成了各種固態粉末。

3D打印機原理揭秘：http://www.expreview.com/24128.html 

詳細資料：http://www.xiongwanyi.com/projects-4010.html
3D打印機與數學和藝術：http://tieba.baidu.com/p/3127857957

2. 係統構成

http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13360-1-1.html  reprap係列的打印機基本上是三角形的，而Ultimaker、makebot等是矩形盒狀，printrbot、Prusa3i則是矩形支架狀。http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13382-1-1.html   http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13391-1-1.html 

電子用得大多是arduino+ramps1.4的方案，有G語言的轉換固件marlin的。下圖：Prusa i3, Kosell Mini線軌版、Cyrus、Ultimaker、tevo tarantula、SmartMaker235。目前最容易的軟件是TinkerCAD，建模後用slicer軟件分片(如Prusa3D自帶SlicrMK3，可下載)，然後用Netfabb修複STL，因為不少分片軟件有bug。兩者都是聯網軟件，注冊一個用戶就成。簡明教程：https://www.youtube.com/watch?v=gsz2PNcAcPA 客服：https://tinkercad.zendesk.com/hc/en-us/requests/new 123D進一步但比Fusion360退一步，比Sketchup好。Fusion360對初創或愛好者免費，30天教程：https://www.youtube.com/playlist?list=PLrZ2zKOtC_-DR2ZkMaK3YthYLErPxCnT-

特別的結構（上圖右）：http://reprap.org/wiki/CoreXY https://github.com/smartfriendz/smartcore 
Kossel 3D打印機是reprap開源打印機中delta並聯臂架構中的開源機型，原版圖紙地址http://reprap.org/wiki/Kossel。https://print3d.com.pk/wp-content/uploads/2015/09/Delta-Kossi-Build-Manual.pdf http://wiki.fablab-muenchen.de/display/WIKI/Delta-Drucker  

Prusa i3(詳見下節): http://reprap.org/wiki/Prusa_i3  http://shop.prusa3d.com/en/3d-printers/59-original-prusa-i3-kit-with-lcd.html http://reprapworld.com/documentation/prusa%20i3%20buid%20manual%20v1.0.pdf<比如/> 兩款安裝照片：https://www.zhihu.com/question/26982739 
Sears也賣: http://www.sears.com/search=3d%20printer?catalogId=12605&storeId=10153 
工業級較好的 $4500: http://www.raco3d.com/lkkj/  http://tieba.baidu.com/p/3459071864?see_lz=1 
模型下載：http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-12597-1-1.html 

http://jokerwang.com/diy-3d打印機1-硬件篇/  http://jokerwang.com/diy-3d打印機2-調試篇  http://jokerwang.com/diy-3d打印機3-補充篇 

pla聚乳酸/abs/碳纖維的對比，abs較pla好後者易斷：http://www.nanjixiong.com/thread-47997-1-1.html
遠程擠出機：http://www.thingiverse.com/thing:275593 
12V加熱床PCB板：為了讓打印材料更容易粘在打印平台上，以及防止冷卻變形（主要是ABS材料），常用為55(PLA)/90(ABS)度C，對PLA材料熱床也可省略。打印頭溫度是200(PLA)/220(ABS)度C左右。

3. Kossel

Kossel結構似正三棱柱，正麵為XY柱，後麵中段裝有擠出電機為Z，三柱底部電機帶動滑塊上下，每個滑塊上用兩根光纖杆用球向關節托起雲台。雲台下裝有帶加熱和感溫頭的打印頭nozzle，耗材線通過擠出電機的齒輪，經由連接擠出頭和雲台上麵快裝透明軟管進入打印頭被融化，塗滴在底部工作台麵上，台麵通常為耐熱玻璃，背貼熱床PCB預熱。

Kosell接線：電源為12V6A，熱床12V10A。

3d打印機主控套件/軟件：Arduino mega 2560主控板（http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560  固件Marlin），RAMPS1.4控製板(http://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4)和4個4988(2A)步進電機驅動板， 固件上傳工具Arduino IDE，3d打印切片軟件Slic3r，3d打印機PC軟件Printrun：http://tieba.baidu.com/p/2999959609 轉http://www.makerlab.me/guides?c=5
加bluetooth：http://tieba.baidu.com/p/3213974697 
加WIFI：https://www.gitbook.com/book/fineshang/esp8266-wifi-/details 問題：http://www.geek-workshop.com/thread-10894-1-1.html

4. Prusa 3i

Prusa 3i使用直角坐標係，可與CNC兼容： http://lo-chen-note.blogspot.com/2014/01/3d-printer-reprap-prusa-i3.html cfg/align: https://www.youtube.com/watch?v=_uNDAvD3UTU 動畫鐵架：https://www.youtube.com/watch?v=In_Q6NkX3fs&feature=player_embedded 指南：http://reprap.org/wiki/The_incomplete_RepRap_Prusa_Mendel_beginner's_guide 

Tevo tarantula改版用戶超過1萬：https://tevo3dprinterstore.com/pages/tevo-tarantula 稍改進後效果良好：https://www.youtube.com/watch?v=XIk-w5OSVh8 外箱沒好看的，建議遠程擠出機後側上下放兩材料卷，另一側上下放主板電源，LCD放上麵？

更新：https://www.techradar.com/reviews/original-prusa-i3-mk3s 目前的MK3S基底250x210x210，其上HeadBed由玻璃板加夾子改為磁性帶PEI鍍膜的彈簧薄鋼片以便於脫模，鋁型材框架+絲杆，主控用TMC2130驅動和Noctua風扇降低噪音並檢測跳線，雙熱敏頭檢測環境溫度和PINDA，噴嘴更靠近X軸消除了共振，光電+機械燈絲傳感器，E3D V6熱出頭，Bondtech驅動齒輪改善細絲性能，50x40x55cm，成品$1k套件$750。自帶Prusa3DSlicrMK3分片軟件但有bug，可用Netfabb修複。https://www.youtube.com/watch?v=a6elq83OVWQ 安裝：https://www.youtube.com/watch?v=HHMDWvo-ZEA#t=6m MK3升級到MK3S: https://www.youtube.com/watch?v=EMJIrAMLNAs DIY部件列表：https://www.prusa3d.com/prusa-i3-printable-parts/

5. Cyrus/Ultimaker

優點是閉箱結構，體積最小，缺點3倍價。XY軸在頂部，Z平麵上是工件上下移動，而不是打印頭上下，傳動在後牆。左後上方是Y電機，背靠左側板，軸向X也用作X光軸，兩側Y皮帶往前，兩滑車在兩側X電機光軸上滑動，兩滑車跨接打印頭的X光軸。Y電機下方是X電機，背靠背板，利用電機軸作Y光軸，XY傳動原理一樣。XY都是三根光軸，在YX電機上的光軸是轉的。國產SmartMaker235有改，耗材放在下麵。google: ultimaker_original_assembly_manual_v1.1.pdf

6. 大幅麵

http://3dplatform.com/products-3/equipment-platforms/ $22000

上圖右是ebay的6自由度裸機與3D無關，暫時寄放。

7. 激光打印

激光雕刻：http://tieba.baidu.com/p/3401098478 與3D打印類似，三軸尤其Z軸負載輕，激光雕刻的Z軸隻需用於調焦可不用電機驅動。prusa i3改0.5W激光很容易：https://www.youtube.com/watch?v=Q1KTGC1Dbz0 

藍光2W M140的-A是1.8W，ebay約$30：M140 Datasheet.pdf

據說紅光不能雕刻白色物，反例40W激光：https://www.youtube.com/watch?v=8X1IF0g-Lpw 

8. 與CNC的關聯

8.1 電子部分

http://www.makerlab.me/t/337  https://www.youtube.com/watch?v=YEe0haOE-N0  後者需脈寬修改但某些人不喜：https://github.com/buserror-uk/Marlin cnc固件：https://sourceforge.net/p/easycnc/wiki/EasyCNC%20%28eCNC%29/ 
CNC最好用TH6064B可驅動3-4A步進。脈寬拓寬可在三輸入線(en/step/dir)上拉10K下地100p。不用RAMPS1.4，因它就是轉接加3個 MOSFET用作加熱開關。

8.2 機械部分

總體：CNC用工具銑刀，力矩大，工件重，要求結構堅固。3D打印/激光機打印頭和工件均輕力矩不大。兩者兼容不易。

Z軸：3D打印的工件較高但打印頭本身不高，CNC的工件較低但Z軸工具本身較高，不過最大高度都是行程+Z軸工具。3D有上述Prusa 3i/Cyrus=Ultimake/大幅麵等幾種，CNC基本是龍門下掛滑板。

金屬cnc，銑鋁不一定鑄鐵結構，主要是刀的進給，建議3刃過中心白鋼刀，轉速6000，一次下刀0.1到0.5(視刀的直徑)，f1000，機器剛性好，刀粗就多打點，剛性差刀細就少打點，噴一些潤滑會好很多，就是wd40太貴，不經濟。ER11夾頭可裝6mm刀如M2A1 6x6x19x63白鋼刀R6.5但壽命有限。

9. 材料

ABS - Softens at 90C - Melts at 105C，有味道，熱出240-260C

PLA - Softens at 50C - Melts at 60C，底板25-60C，熱出200-220C，快速，強度低易裂

PVA - Softens at 85C - Melts at 160C

HIPS - Softens at 85C - Melts at 104C

PETG - Softens at 75C - Melts at 200C，強度接近ABS不裂，速度稍慢稍粘。DURAMIC PETG建議: Printer: Original Prusa i3 MK3S
Slicer: Prusa Slicer 2.0 (Prusa MK3S Print Settings)
Nozzle: 250C / 240C (2+ layers)
Bed: 90C (1st layer) / 90C (other layers)
Print speed: 8mm/s / 45mm/s (2+ layers)
Retraction: 0.8mm @ 35mm/s
Z hop: 0.6mm, 或250/90C OVERTURE PETG https://www.youtube.com/watch?v=OucSd_dwkuI  

Nylon - Softens at 75C，粘，熱出270-285C，難處理

TPU/TPE - Soften at ?C, Melts at 230-250C, flexible柔性好，無需底板預熱或不超過60C,有人改擠出器為水平饋線。

https://airwolf3d.com/2015/12/05/3d-printing-with-petg-tips-and-tricks/