3D打印（1）

1. 3D打印简介

有两种定义。狭义指“MIT开发的以粉末为基础的制造技术”。广义上指所有的增材制造技术（Additive Manufacturing）。据Andreas Gebhardt对添加性制造技术的入门书籍Understanding Additive Manufacturing，添加性制造技术有很多种，MIT开发的3D打印技术只是其中一种：
1. 以高分子聚合反应为基本原理：激光立体印刷术（Stereolithography， SLA，有著名的Objet（已和Stratasys合并）和Formlabs为代表）, 高分子打印技术（Polymer Printing）, 高分子喷射技术（Polymer Jetting）, 数字化光照加工技术（Digital Lighting Processing）, 微型立体印刷术（Micro Stereolithography）。
2. 以烧结和熔化为基本原理： 选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering， SLS，3D打印行业龙头老大3D System的看家本领，EOS也是杰出代表）, 选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting, SLM）, 电子束熔化技术（Electron Beam Melting， EBM）。
3. 以粉末-粘合剂为基本原理：三维打印技术（Three Dimensional Printing, 3DP，MIT在90年发明的，Zcorp（已被3D Systems收购）、voxeljet是杰出代表）
4. 熔融沉积造型技术（Fused Deposition Modeling, FDM，著名代表有RepRap项目、MakerBot和Stratasys公司）
5. 层压制造技术（Layer Laminate Manufacturing, LLM）
6. 气溶胶打印技术（Aerosolprinting）
7. 生物绘图技术（Bioplotter）
每一种添加性制造技术的具体原理都不一样，但是主要都是想办法根据电脑数据，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过二维逐层打印的方式，叠加构造三维物体的技术。它可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意形状的部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
小型3D打印机最为常用的就是用液态材料沉积成型，这个有点类似喷墨打印机，只不过喷头喷出的不是墨水而是热塑性塑料或共晶系统金属等可迅速固化的材料，也有采用激光烧结方式的3D打印机，只不过加工原料就变成了各种固态粉末。

3D打印机原理揭秘：http://www.expreview.com/24128.html 

详细资料：http://www.xiongwanyi.com/projects-4010.html
3D打印机与数学和艺术：http://tieba.baidu.com/p/3127857957

2. 系统构成

http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13360-1-1.html  reprap系列的打印机基本上是三角形的，而Ultimaker、makebot等是矩形盒状，printrbot、Prusa3i则是矩形支架状。http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13382-1-1.html   http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-13391-1-1.html 

电子用得大多是arduino+ramps1.4的方案，有G语言的转换固件marlin的。下图：Prusa i3, Kosell Mini线轨版、Cyrus、Ultimaker、tevo tarantula、SmartMaker235。目前最容易的软件是TinkerCAD，建模后用slicer软件分片(如Prusa3D自带SlicrMK3，可下载)，然后用Netfabb修复STL，因为不少分片软件有bug。两者都是联网软件，注册一个用户就成。简明教程：https://www.youtube.com/watch?v=gsz2PNcAcPA 客服：https://tinkercad.zendesk.com/hc/en-us/requests/new 123D进一步但比Fusion360退一步，比Sketchup好。Fusion360对初创或爱好者免费，30天教程：https://www.youtube.com/playlist?list=PLrZ2zKOtC_-DR2ZkMaK3YthYLErPxCnT-

特别的结构（上图右）：http://reprap.org/wiki/CoreXY https://github.com/smartfriendz/smartcore 
Kossel 3D打印机是reprap开源打印机中delta并联臂架构中的开源机型，原版图纸地址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(详见下节): 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/> 两款安装照片：https://www.zhihu.com/question/26982739 
Sears也卖: http://www.sears.com/search=3d%20printer?catalogId=12605&storeId=10153 
工业级较好的 $4500: http://www.raco3d.com/lkkj/  http://tieba.baidu.com/p/3459071864?see_lz=1 
模型下载：http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-12597-1-1.html 

http://jokerwang.com/diy-3d打印机1-硬件篇/  http://jokerwang.com/diy-3d打印机2-调试篇  http://jokerwang.com/diy-3d打印机3-补充篇 

pla聚乳酸/abs/碳纤维的对比，abs较pla好后者易断：http://www.nanjixiong.com/thread-47997-1-1.html
远程挤出机：http://www.thingiverse.com/thing:275593 
12V加热床PCB板：为了让打印材料更容易粘在打印平台上，以及防止冷却变形（主要是ABS材料），常用为55(PLA)/90(ABS)度C，对PLA材料热床也可省略。打印头温度是200(PLA)/220(ABS)度C左右。

3. Kossel

Kossel结构似正三棱柱，正面为XY柱，后面中段装有挤出电机为Z，三柱底部电机带动滑块上下，每个滑块上用两根光纤杆用球向关节托起云台。云台下装有带加热和感温头的打印头nozzle，耗材线通过挤出电机的齿轮，经由连接挤出头和云台上面快装透明软管进入打印头被融化，涂滴在底部工作台面上，台面通常为耐热玻璃，背贴热床PCB预热。

Kosell接线：电源为12V6A，热床12V10A。

3d打印机主控套件/软件：Arduino mega 2560主控板（http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560  固件Marlin），RAMPS1.4控制板(http://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4)和4个4988(2A)步进电机驱动板， 固件上传工具Arduino IDE，3d打印切片软件Slic3r，3d打印机PC软件Printrun：http://tieba.baidu.com/p/2999959609 转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 问题：http://www.geek-workshop.com/thread-10894-1-1.html

4. Prusa 3i

Prusa 3i使用直角坐标系，可与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 动画铁架：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改版用户超过1万：https://tevo3dprinterstore.com/pages/tevo-tarantula 稍改进后效果良好：https://www.youtube.com/watch?v=XIk-w5OSVh8 外箱没好看的，建议远程挤出机后侧上下放两材料卷，另一侧上下放主板电源，LCD放上面？

更新：https://www.techradar.com/reviews/original-prusa-i3-mk3s 目前的MK3S基底250x210x210，其上HeadBed由玻璃板加夹子改为磁性带PEI镀膜的弹簧薄钢片以便于脱模，铝型材框架+丝杆，主控用TMC2130驱动和Noctua风扇降低噪音并检测跳线，双热敏头检测环境温度和PINDA，喷嘴更靠近X轴消除了共振，光电+机械灯丝传感器，E3D V6热出头，Bondtech驱动齿轮改善细丝性能，50x40x55cm，成品$1k套件$750。自带Prusa3DSlicrMK3分片软件但有bug，可用Netfabb修复。https://www.youtube.com/watch?v=a6elq83OVWQ 安装：https://www.youtube.com/watch?v=HHMDWvo-ZEA#t=6m MK3升级到MK3S: https://www.youtube.com/watch?v=EMJIrAMLNAs DIY部件列表：https://www.prusa3d.com/prusa-i3-printable-parts/

5. Cyrus/Ultimaker

优点是闭箱结构，体积最小，缺点3倍价。XY轴在顶部，Z平面上是工件上下移动，而不是打印头上下，传动在后墙。左后上方是Y电机，背靠左侧板，轴向X也用作X光轴，两侧Y皮带往前，两滑车在两侧X电机光轴上滑动，两滑车跨接打印头的X光轴。Y电机下方是X电机，背靠背板，利用电机轴作Y光轴，XY传动原理一样。XY都是三根光轴，在YX电机上的光轴是转的。国产SmartMaker235有改，耗材放在下面。google: ultimaker_original_assembly_manual_v1.1.pdf

6. 大幅面

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

上图右是ebay的6自由度裸机与3D无关，暂时寄放。

7. 激光打印

激光雕刻：http://tieba.baidu.com/p/3401098478 与3D打印类似，三轴尤其Z轴负载轻，激光雕刻的Z轴只需用于调焦可不用电机驱动。prusa i3改0.5W激光很容易：https://www.youtube.com/watch?v=Q1KTGC1Dbz0 

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

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

8. 与CNC的关联

8.1 电子部分

http://www.makerlab.me/t/337  https://www.youtube.com/watch?v=YEe0haOE-N0  后者需脉宽修改但某些人不喜：https://github.com/buserror-uk/Marlin cnc固件：https://sourceforge.net/p/easycnc/wiki/EasyCNC%20%28eCNC%29/ 
CNC最好用TH6064B可驱动3-4A步进。脉宽拓宽可在三输入线(en/step/dir)上拉10K下地100p。不用RAMPS1.4，因它就是转接加3个 MOSFET用作加热开关。

8.2 机械部分

总体：CNC用工具铣刀，力矩大，工件重，要求结构坚固。3D打印/激光机打印头和工件均轻力矩不大。两者兼容不易。

Z轴：3D打印的工件较高但打印头本身不高，CNC的工件较低但Z轴工具本身较高，不过最大高度都是行程+Z轴工具。3D有上述Prusa 3i/Cyrus=Ultimake/大幅面等几种，CNC基本是龙门下挂滑板。

金属cnc，铣铝不一定铸铁结构，主要是刀的进给，建议3刃过中心白钢刀，转速6000，一次下刀0.1到0.5(视刀的直径)，f1000，机器刚性好，刀粗就多打点，刚性差刀细就少打点，喷一些润滑会好很多，就是wd40太贵，不经济。ER11夹头可装6mm刀如M2A1 6x6x19x63白钢刀R6.5但寿命有限。

9. 材料

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

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

PVA - Softens at 85C - Melts at 160C

HIPS - Softens at 85C - Melts at 104C

PETG - Softens at 75C - Melts at 200C，强度接近ABS不裂，速度稍慢稍粘。DURAMIC PETG建议: 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，热出270-285C，难处理

TPU/TPE - Soften at ?C, Melts at 230-250C, flexible柔性好，无需底板预热或不超过60C,有人改挤出器为水平馈线。

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