【教程分享】RepRap 3D Printer打印机 新手入门分享

自己动手做3d打印机的网友，分享了自己动手做的一些心得。
据说不久之后就会删除文章，所以我转录过来我这。给大家参考。

RepRap 3D Printer 新手入门分享


前言 :

由於个人三分鐘热度的个性
本篇文章并不会长时间的被保留在这个地方
由於工作因素
本篇文章所在主机禁止了搜寻引擎进行索引

所以
如果你觉得文章言之有理 或有参考的价值
欢迎你重新编辑 , 或擷取不是废话的部分 , 或乾脆直接复製 到你所拥有的 blog 当中
不需要註明出处 (过阵子就不见了)
也不需要註明作者 (因為我喜欢射后不理 XD ~ 逃)


适用对象 :
不小心对 3dp 產生好奇心的人
想了解 3dp 原理的人
担心这个又担心那个 , 想要最好 , 但却不行动的人
有耐心的人 因為文太长 XD
我目前也只是一个刚玩没多久的新手
因為好奇所以跟社团直接购买了一个 prusa i3 的套件 , 省掉一些找料上的时间损失
我的装机经验只有 prusa i3 但目前大多数RepRap 3dp 概念都跟 prusa i3 差不多
比较特别的应该是 Delta 吧
所以如果你是一个刚刚產生兴趣 但还来不及完整了解 3dp 的人
你可以参考看看我的心得分享

如果你已经有一台机器
也成功印出过东西
我建议不要浪费时间往下看 !

大多数的文章 都偏向从 机器开始介绍
但是如果你打算无中生有的自己来
一定会有点不知所措 或是有一大堆的担心
例如 : 可以用什麼材料? 可以印多大? 可以印多精细? 强度怎麼样? 3D 软体难不难?
原因是狠多你担心的问题 必须从观念来讨论
而不是选一台无敌的机器
先耐著性子 慢慢看完
你会发现 其实 机器不重要
(说实话90%的机器规格都差不多)
当然第一台还是建议你选用大多数人在玩的机器
避免出事没人问的冏境


3D Printer 工作原理 :

在 wiki 上说得狠清楚 目前 wiki : 3D 打印的技术
主要分為
选择性雷射烧结（selective laser sintering，SLS）
直接金属雷射烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）
熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）
立体平版印刷（stereolithography，SLA）
数位光处理（DLP）
熔丝製造（Fused Filament Fabrication，FFF）
融化压模式（Melted and Extrusion Modeling，MEM）
分层实体製造（laminated object manufacturing，LOM）
电子束熔化成型（Electron beam melting，EBM）
选择性热烧结（Selective heat sintering，SHS）
粉末层喷头3D打印（en:Powder bed and inkjet head 3d printing，PP）
3D 打印的技术图片的解说

而 RepRap 的机器目前都是採用 熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）
简单说就是 把材料加热到融化的状态后 将它挤到打印的平面上 逐层的堆叠起来
YouTube : Prusa i3 printing

原理就是这样的单纯
加热到材料融化
吐出来
1 ~ 2 不断的循环
完成


3D Printer 工作路径 :

如果你有看懂工作的原理 , 紧接著就应该会思考到
要怎样才能让机器画出想要的形状
目前採用 FDM 的机器 大多採用 G-code 的命令来执行要走的工作路径 依照 wiki 的资料来说 , G-code 似乎不是 3D Printer 专用的东西 wiki : G-code
G-code 似乎早就被广泛的应用在各种自动控制的机器当中
而 3D Printer 只是直接採用了这个标準

如何產生 G-code ? :
如果你有认真看过刚刚 wiki 的页面
你会发现 G-code 所代表的命令有狠多是 3D Printer 用不到的指令
例如 : M07 M08 M09 跟 "冷却液" 有关的命令
所以我们就需要一些专门 替 3D Printer 產生 G-code 的软体了
目前大家都俗称这些為 切片软体

G-code 的流程是这样
準备好你的 3D 档案
基本上你用任何 3D 软体都可以 , 因為在进行切片的时候
切片软体并不会管你用的是哪一套 3D 软体
你只要能够输出成切片软体看得懂的通用格式就可以了
以图片来说 就类似 JPG 档案这样
将 3D 档案转换成 切片软体看得懂的格式
目前我的经验 比较常用的格式是 STL 档案
所以你只须要确定你用的 3D 软体 可以帮你输出成 STL 就可以了
输出讲白一点 就是另存新档这样而已
例如 WORD 另存成 PDF
中间没有太多技术的困难度
将 3D 档案匯入到切片软体中
执行切片
因為 FDM 的生成原理 是採用 逐层的堆叠的
所以假设我们1层只能吐出0.2mm的材料
而你的模型高度是10mm
那就需要有 50层的路径
切片软体的工作就是帮你把模型 每0.2mm切成一片 并產生每一片需要的工作路径
完成并生成 G-code 档案

產生完的 G-code 可能长这样
G1 是命令的代码 后面就是要执行的工作内容
G1 X101.000 Y55.000 E1.003
G1 Z0.5
G1 X0.000 Y0.000 E2.006翻译成中文就是
X轴 前进到座标101mm的位置
Y轴 前进到座标55mm的位置
E轴 捲动到 1.003 mm (E轴在 3D Printer 是负责吐材料的)
Z轴 抬高到0.2mm的位置
X轴 前进到座标0mm的位置
Y轴 前进到座标0mm的位置
E轴 捲动到 2.006 mm (E轴在 3D Printer 是负责吐材料的)
若你把这3行丢到 3D Printer 当中 你就可以得到这个只有 0.5 mm 高的 线条模型

就是这样不断的 移动 吐料 就能够完成 3D 打印了

看一看模拟的图片


所以这边我想应该能釐清一个概念
我们需要打造一台 可以乖乖执行 G-code 的机器来完成打印
而不是打造一台机器 看看可以用哪一种 G-code
如果你从机器开始思考 你就会不知道 目标是什麼 怎样动? 怎样跑?
但从 G-code 开始思考 就狠清楚了 , 让机器能照做就好了

至於 G-code 是怎样產生的原理
说白了就是一堆数学公式
但那是天才专属的领域
不是我可以学会的 XD ~ 无法分享

3D 软体 与 切片 的资源与建议 会放在最下面
现在先别急这一块 喝口水忍耐一下继续听我乱讲


3D Printer 步进马达 移动的控制 与 打印精细度的关係 :

狠无奈? 或是狠讶异?
3D Printer 的原理其实就这样子 没有了...
不过原理本来就是狠简单的东西
困难的部分在於如何实做了 XD

首先我们已经知道 要能够让机器 依照 G-code 来运作
我们需要可以控制 X轴 Y轴 Z轴 的移动
和 E轴的吐料 加温 等等

整个机器架构中 负责让 X Y Z E 趴趴走的东西
我们叫它 步进马达 RepRap : Stepper motor
简单说明它的工作原理就是
给它1次电 它就会转1次 , 给它10次 它就转10次
当然原理并没有那麼简单 有兴趣的话 就 google 吧
步进马达跟一般常见的马达如 四驱车用的那种
主要的差别是在 你每一次给它电时 它都会狠精準地转动一个固定的角度
以 prusa i3 的规格来说 是採用 1.8度的步进马达 并做 1/16 微步进
也就是说 prusa i3 你给一次电 它会旋转 0.1125 度
如果步进马达转一圈 360度 , 代表它动了 3200 步
如果步进马达转一圈 360度 , 能够带动皮带移动 能够带动皮带 400mm (40公分) , 代表步进马达动1步可以只移动移动 0.125 mm

重点来啦 !!
步进马达可以造成移动的最小单位是 0.125mm
这就表示在移动的控制上你的精细度可以到0.125mm

狠多新手狠关心 你那台机器可以印多细 它那台机器可以印多细
其实 可以多细的问题 是看你装的马达有多变态
市面上是买的到 0.9 度 1/16 微步进的马达唷!!

但就如强调的文字 这是在移动的控制上的细緻程度
后面还有别的变数 ~ 会引响细緻的程度
所以暂时不需要积极的去寻找变态的马达 , 1.8度 的就不错用了

而另一个重点是 G-code 可以走多远??
G1 X100000 可以吗
结论是 可以的
只要你的机器可以移动的范围有多大 就可以印多大

狠多新手也关心打印的尺寸问题
尺寸的问题 跟电子零件无关 跟打印程式也无关 跟切片软体也无关
而是你的机器结构 , 所以你只要让 你想印多宽 就让 X的桿子有多宽就可以了
当然 你要考虑结构坚固的问题嚕!!

PS. 我说的 给一次电 是简单的讲法 , 其实并不是真的让它通电1次
这边的电也不是直接给步进马达的电
而是给驱动晶片的一个讯号
prusa i3使用的是 2相的步进马达 它有2组线圈 , 要完成一次步进转动其实需要 ... ...
有兴趣去查原理吧 我不信我这边乱讲你听得懂 XD
因為到现在 我也没有狠懂 !!


3D Printer 挤出头 与 打印精细度的关係 :

我猜想 X Y Z 的移动 透过上面的那个影片 加上 简单的说明
应该已经狠容易做一个想像或是理解了
E (挤出材料)的部分 可能没看过实机的人会比较难想像

我们回到你每天起床要做的第一件事 刷牙
如果要你在牙刷上漂亮的挤出 1mm 厚的牙膏
你会怎样做
保持牙膏根牙刷之间固定的距离
施加固定的力道挤出牙膏
缓慢地用固定的速度移动你的牙膏
完成
盗图来源 http://www.istockphoto.com/stock ... aste.php?st=dd96663
没错 ~ 你每天都在干的事情 , 就是 3D Printer 在帮你做的事
再来看一次 X Y Z E 帮你执行的动作
移动 Z 轴 保持 挤出头 与打印平台的距离
E轴用固定的速度 推挤线材挤出材料
X Y 轴用固定的速度移动挤出头
完成
基本上精细度的部分还是靠 X Y Z E 的步进马达再控制
但是能挤出的最小量 则是靠挤出头的孔径大小
目前常见的线材约是 1.75mm 或是 3mm 的线材
因為材料狠硬 所以不可能被挤出来
必须透过挤出头的加热 让它变成熔融的状态才能被挤出



目前我看过的挤出头 有0.3 , 0.4 , 0.5mm的
代表在没有干扰的情况下 , 你挤出的材料的直径 可以细到 0.3 mm
(当然不可能没有干扰)

挤出头的设计狠多 , 大多数的问题都在解决 过热 溢料 卡料 等等长时间打印所发生的物理问题
而不是解决精细度的问题
别骗我 0.3 mm 还不够你用 = =

狠多是有多多?? 这麼多 RepRap : Extruders
我自己目前用的是 RepRap : J Head Nozzle
社群上也有狠多人在自己研发 设计
因為我也只用过 J Head , 这边无法给予更多的心得分享啦


3D Printer 电子控制板 :

了解了执行的过程 和 影响品质的原因
最麻烦的就是 倒底怎样才能控制阿
这部分就是狠麻烦的一堆问题了
毕竟大学就要花4年以上(考虑重修)教你资讯工程
然后教完后也没几个人真的写得出东西
所以这真的是狠困难的一个领域

不过好就好在 Open Source 这个疯狂的概念
一堆天才等级的人们 一堆善良的疯子
把做好的东西放在网路上 我们只要拿来用就可以了

目前以 Prusa i3 来说 需要用到的电子控制版有

Arduino Mega 2560
这是 3D Printer 的大脑 , 它负责处理你產生的 G-code , 去產生讯号给负责动作的零件
Arduino 也是 Open Source 的资源 , 你心情好也可以自己买零件做一个一样的 , 官网都有电路图可以抓
另外一提 ~ 虽然官网上的标价看起来狠可怕 , 但在他们国家那是它们的消费水平 并没有要把你当凯子
你可以在露天 或 光华商场找到其他厂商开发的 , 功能与规格都一模一样 , 且"应该"都算合法的
当然如果你愿意支持原厂 , 购买他们的產品会给它们更多的原力 XD

Ramps 1.4
这是 3D Printer 的??肌肉吧 XD , 它负责接收到大脑送来的讯号 , 然后共给负责动作的零件需要的电力
这个好像没有官方的版本 , 因為如果你认真看 , 它其实在教你怎样自己做一张 , 而不是告诉你去哪买

步进马达驱动晶片
这是 3D Printer 的??我也不知道怎样讲了 XD , 因為步进马达需要更细腻的工作 Arduino Mega 2560 能力不足 , 所以帮它装个外掛
印象中如果纯粹要让步进马达转 光靠 Arduino Mega 2560 是可以办到的
但因為 3D Printer 需要的街脚狠多 Arduino Mega 2560 不够用 , 加上需要更细緻的控制而需要 (这行我可能讲的是错的)
目前 Prusa i3 使用的是 A4988 的步进马达驱动晶片 , X Y Z E 各需要 1 片 , 如果你想要做双挤出头 E 就要再多一片

The RepRapDiscount Smart Controller
如果你希望不接电脑就能打印 就另外需要一个 LCD 萤幕 , LCD萤幕野蛮多种的
这种好像比较多人用

不管你的机器长什麼样子 , 只要是 RepRap 的架构下 用到的电子零件都是一样的(应该啦 ~ )

电子电路的控制原理 就没办法多讲了
有兴趣的人可以去查询 Arduino 的教学 , 大多数的教学文章都是用 Arduino Uno
Arduino Uno 跟 Arduino Mega 2560 主要的差别在
Arduino Uno 只有14隻IO脚
Arduino Mega 2560 只有54隻IO脚
简单说就是 Uno 只能控制 14个开关 Mega 2560 可以控制 54个开关
但工作原理与程式写法 是一模一样的


3D Printer 韧体 程式 :

最后了 ~ 终於
我们準备好了电子零件
重点就是程式咧!!
当然有人写好的啦
RepRap : Marlin 这边是在介绍它有多伟大 ~ 开玩笑的
Github : Marlin 这边是真的可以拿到它的程式的地方
你可以在 Github : Marlin 下方看到一大堆的 G-code
这边就是我们 3D Printer 主要会用到的 G-code 了

把 Marlin 抓下来后
需要打开 Configuration.h 档案
慢慢地逐行用 google 翻译慢慢看
把需要设定的地方 调整成跟你机器一样就可以了

最后上传到 Arduino Mega 2560 让大脑拥有智慧
就可以了


机器! 给我一台机器! :

狠无奈的 如果你已经看到这一行
我并不打算给予任何机器的推荐
如果你有认真地看完文章
你会发现 机器用哪一台根本不重要
RepRap : Family Tree 这边有上百种的 RepRap 家族机器
哪一台比较好??
精细度主要看的是步进马达
吐料的细緻度是看喷嘴
打印最大尺寸是看你的桿子有多长
电子零件大家都一样
哪一台比较好??
你看的喜欢就好 XD

机器的组装
金属零件 打印零件的採买
已经有太多人热心分享了

我主要只是提供想尝试的新手
先理解整个基本观念
然后挑一台喜欢的造型来开始玩
不需要东担心一下西担心一下 这样 ~

如果有按照 RepRap 精神所设计的机器
你都可以在 RepRap 找到所有详细的资料
以 prusa i3 举例 How to build Prusa i3
以 delta 举例 GUS Simpson
以 Smartrap mini 举例 Smartrap Build Manual
你可以看到每一台机器 都把所以需要的零件乖乖列出来
需要的 3D 打印零件 也都有档案可以下载 , 你可以请社群有空的人帮你印 , 请记得付材料费与一些时间成本
因為帮你印的时间 , 它就不能玩了 XD

另外狠多人会看到别人的机器有某些零件
狠想要却找不到档案
那可能是因為是自己设计的不想要分享

或是在网路上找打印零件 常常都只找到 某一轴 , 都找不到完整的整套零件
因為在韧体上 X Y Z E 轴都是独立工作的
所以往往大家改变设计都是一次改一个轴
但别担心 X轴用A设计 , Y轴用B设计 只要设定正确 都是可以正常工作的

目前台湾也有越来越多的 工作坊
狠多热爱分享的玩家都在那边聚集
也有工具可以当场借用
不过我都没去过就是了 /_\
总之我想说 ~ 装一台机器 资源狠多不用担心装不起来
要勇敢!!


不能不贴的连结 :
3d打印机 DIY 建构笔记 : 太多教学了! 其实我也只看这边的文章而已 XD
RepRapRepRap官网 : 英文不亲切 输 3d打印机 DIY 建构笔记 排第2也是理所当然 , 但耐心用google翻译慢慢看 这边有所有的资料与教学!
thingiverse3D 模型分享网站


因為如同我一直强调的 ~ 我只玩过 Prusa i3 XD
我比较著重在玩 韧体程式 和学习电子控制 , 没有在玩打印
RepRap 的概念都一样 暂时应该也不想玩别的机器

好教程 多謝樓主分享

想一次性看完这个教程真不容易

谢谢楼主的分享

很不错的经验!

感谢楼主的精彩分享