主题：【原创】说说 3D 打印那点事 ( 补完） -- kernelh

本来想说说3d printer的历史，看了一下wikipedia 的3d printer 部分，其实人家已经把这部分讲的很清楚了http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing。 我就不再发明一遍轮子了。 今天主要科普一下3d打印机的构造，特别是机械传动部分。这一块我写起来实在是有点勉为其难。本人是纯电子计算机背景，这块基本是完全不懂，因为DIY的缘故，硬着头皮看了一点点机械科普的东西，了解程度应当是皮毛也算不上。好在3d打印对机械精度要求不高，加之现在组件化标准化的产业也很成熟。 就我目前了解的，写点常识性的东西，有错误，还请高人指正。

顺便贴一张开源打印机的谱系图， 这个图已经很复杂了，但仍然不全，

现在小作坊/工厂/个人设计出品的3d打印机数量应当以数百计。

说3d打印机的结构可以从开源打印机的第一代说起reprap1.0

darwin， 就是下面这张图的样子

粗看起来可能挺吓人，其实没那么复杂，最外面是个立方体样子的框子，中间那一块木板是打印物体的支撑平台，这个平台四个角都架在螺杆上，摞杆靠皮带带通，同步旋转，这样平台就可以保持水平的基础上升降。 上面那个是打印头，可以水平方向做平面运动，打印头的水平运动和平面的升降结合起来，最终形成3维的物体。 因此一个3d打印机的结构，主要是有支持这三个方向的直线运动机构。 reprap的打印机看起来都挺复杂，是因为设计者的初衷就是想让机器能够复制自己，因此希望各个组成部分都可以通过3d打印得到（仅仅是理想，实际还差挺远）。因此设计了光杆框架结构的支撑。从实用性上来讲，这种框架结构，首先对装配调结的要求就很高，其次，主要部件包括电路板都外露，像个半成品。

因为方形的结构的稳固性和调整困难，第二代reprap 改成了三角框架结构

这种框架结构下，打印头可以在水平一个方向运动，同时能在垂直方向运动，支撑平台不需要垂直运动了，只要在另外一个水平方向上运动，组合起来就能实现三维的运动。这里可以看出三维打印机机械设计的原则，把三个方向的运动分解组合实现。

因为reprap的机器设计的不像成品，限制了其使用范围，reprap团队的成员参与创办了另外一家公司，就是目前很火的makerbot。 makerbot 用切割过的木板做壳体，取代了简单的框架结构，做出来的打印机有点像商业产品了，比如下面这个第一代

makerbot后面的版本逐步改进机械结构，第二代增大的打印尺寸，提供了自动传输带方式的连续打印，第三代引入了双打印头。昨天刚刚推出的第四代，全面更新了软硬件，引入了金属框架，而且。。。不再开源了。。。

其实支持三维的直线运动有更为简洁的设计，回复里有同学提到雕刻机，确实从功能上讲完全可以。 但因为3维打印机的特点，雕刻机的结构也不是完全合适。 支持直线运动的传动方式主要就是螺杆，和皮带两种，螺杆的精度比皮带高，载荷也大，但速度低一些。三维打印机的打印头基本不受力，对载荷没有要求，打印机的运动特点时，在水平两个方向上速度越快越好，在垂直方向上精度越高越好，速度无所谓（打完一层才动一次）。因此打印机的传动设计一般都是在水平方向使用皮带（同步带),垂直方向用螺杆。这和雕刻机相比，稍有不同。

既然是三个方向上的运动，那框架设计就可以不拘泥于以上两种，实际上各种设计也百花齐放，层出不穷。个人比较喜欢的是以下两个，

Eventorbot

第一个打印机设计的很简洁，用一条方钢就做出了框架，而且电路和传动机构基本隐藏起来，机器看着就比较美观了，下面是设计文档的链接：

http://reprap.org/wiki/Eventorbot

第二个打印机Rostock使用了delta三角结构，看上去很有科技感，建议感兴趣的同学去youtube上搜视频看看，非常酷

这个打印机的工作方式有点像机械臂，不同于传统的平面三维运动，创意十足。设计文档链接如下

http://reprap.org/wiki/Rostock

写到这里需要吐槽一下，国内也有出三维打印机的厂家，但打着diy旗号的都是拷贝人家的设计，没有看到那家有自己的独到想法，这种差距，这也许需要很多时间才能补足。

补充：这一部分写的比较简陋，因为机械传动确实不是很懂，只能看个热闹。 个人理解，目前的3维打印机对机械精度的要求不是很高0.1mm的传动比较容易达到。因此各种想法都可以尝试。下面这个设计tantillus甚至抛弃了传统的传动轮和皮带，用绕在轴上的钓鱼线来做传动，效果竟然也很惊人。。。

http://www.tantillus.org/Home.html

下一次说说塑料挤出机构

• 【原创】说说 3D 打印那点事 ( 补完）

周末睡了两天觉，今天休息完上工了，大概看了一下回帖。大家关心的问题包括材料安全，打印精度，能用来干什么，还有想自己DIY的求攻略。

先回答最简单的问题，材料安全。3D打印用的最多的就是各种塑料，因为最后是从打印头（一个小孔）里面挤出来并且堆积起来的，对材料的热塑性，稳定性，膨胀率都有一定要求，应当不是什么塑料都能拿来用。这方面我不是专家，说不出个一二。 用的最多的刚好就是后面有个回帖提到的三种， ABS， PLA， PMMA。 ABS是所谓工程塑料，加热挤出的时候会有一点气味，也许会影响健康？ 但冷却了以后问题不大，我自己闻不出味道，大量的玩具都是用ABS造的。PLA应当是最安全的，本身就是用粮食造的，并且号称生物可降解。PLA比ABS的另外一个优势是膨胀率小，可以打印比较大的零件。ABS因为冷却收缩大尺寸时容易变形，PLA就没这个问题。 PLA不如ABS的地方是强度低，相对使用温度范围窄，成本也高一些，大约贵出30%。 PMMA一般是做光纤的厂顺便出一点，不知为什么比PLA和ABS都贵很多，所以用的最少，我自己没用过，也不好评价。这些材料都存在纯度和质量相关的问题，我用过的比较贵的abs原料味道小，便宜的味道大，差别很明显，估计是厂家生产原料的纯净度不一样。 如果想给小孩玩，用PLA就好了，应当没啥安全问题。

精度是个十分复杂的问题，3d打印的精度包括三个轴的运动精度，和打印头挤出材料的精度，可以类比喷墨打印机，精度也受到机械精度，和打印头喷出来的墨滴大小的影响。原则上机械运动的精度很容易做到很高，但打印头挤出材料的精度相对就不容易做到太高，目前用的最多的打印头大概孔径在0.3-0.4mm，对应打印精度应当在孔径的1半0.15-0.2mm（一层的高度）左右，很多3d打印机的标称值是机械精度，很容易标到0.05mm甚至更低，但实际上做不到那么好。这个精度问题，以后谈到打印机的构造时再谈。

最后说说这一次想说的重点，要用3d打印机涉及到的软硬件，前面的贴子简单说了一下，现在展开讲一讲。

要打印一个3d模型，大概需要的软件和硬件有这么几项：

1. 首先需要有一个3d模型，获得模型有以下几个渠道，

a. 最简单就是直接去网上下载，比如makerbot厂家支持的网站

http://thingiverse.com 就是个模型分享网站，上面的各种东西有很多了。今天最热的是iphone5 ：-）

b. 自己画， 这里有两大类玩法各不一样，一种是做动画，人物造型的人喜欢用的3d软件，比如3dmax，maya， 一类是机械设计，零件制造领域用的cad软件 pro-e一类. 前者主要靠手，后者用到很多数学。但归根结底，最后的模型导出通用交换格式的文件stl就行了

c 用三维扫描仪扫描， 这个最麻烦，因为3维扫描仪生成的原始数据是点云图，要生成可用的模型需要很多后期工作。很多人想摆个摊，在街上用3d扫描仪和3d打印机直接做人偶赚钱，有这个心思恐怕得收收心， 因为不管扫描的后期处理，还是3d打印都很慢，街头小摊怕是没人等的起。

2. 拿到模型了，需要有个计算机上的软件处理这个模型，包括摆正坐标到合适的位置。管理和打印机的通讯等，这个软件类似一个集成环境。开源的有好几种。比较著名的如makerbot的replicatorG，reprap推荐的pronterface

处理模型的计算机软件replicatorG 的界面

真正干活的，是根据模型生成3d打印轨迹的算法引擎，这个叫slice engine。影响3d打印结果好坏的其实是这个slice engine的算法。 用的最多的开源slice engine 是skeinforge。非常坑爹的是，这个软件是插件结构，有好几百个参数，初学者遇上没有不被搞晕的。。。

这是其中比较关键的一项插件的设置，类似插件有二十几个

3 软件生成了3d打印的轨迹，可以通过usb和3d打印机通讯，传输数据。3d打印机自带的主控接受指令，控制电机和加热机构运转生成模型。 开源打印机基本上都是基于一个开源硬件系统ardiuno开发的，cpu板是现成的，除此之外就是一些电机驱动，加热控制电路，本身并不复杂。

这是一个开源的打印机控制板，上面的接口主板 下面是ardiuno板，其实需要的硬件电路就这么一点。

这类硬件需要的firmware 也大概只要几十k的容量。有各种开源的固件可用，不过大部分需要自己配置调整。reprap网站上http://www.reprap.org/wiki/Firmware 就列出了很多种固件。

看到这还没被吓到，觉的很简单的同学，可以考虑DIY了。 下次说说3D打印机的硬件结构。

• 【原创】说说 3D 打印那点事 ( 补完）