1、FDM桌面3D打印机赵毅 博士FDM（Fused Deposition Modeling）国内翻译为熔融沉积成型，是将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如些层层堆积而获得一个三维实体。1)硬件2)软件3)打印耗材 1)机体框架 2）机械轴 3）控制电路 4）喷嘴、热床5）挤出机 6）电源桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 1)机体框架 机体框架通常采用金属、亚克力、木板等材料，对机体框架通常采用金属、亚克力、木板等材料，对框架有一个主要的要求，就是结构的刚性！各款打框架有一个主要的要求
2、，就是结构的刚性！各款打印机主要采用三角形、矩形来作为机体结构的基本印机主要采用三角形、矩形来作为机体结构的基本形状。因为打印机工作的时候，形状。因为打印机工作的时候，x轴、轴、y轴是在不断轴是在不断的运动的，所以为了保证打印机的精度，所以喷头的运动的，所以为了保证打印机的精度，所以喷头运动时的动量对机体的影响越小越好！解决方法就运动时的动量对机体的影响越小越好！解决方法就是减轻喷头质量和提高机体刚性。是减轻喷头质量和提高机体刚性。三角形结构（reprap系列）矩形盒结构makebot 的 replicator系列矩形杆结构 Printrbot系列桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构-
3、机体框架 桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构-机体框架 三角爪结构（Rostock）这台由3个控制臂控制打印头的3D打印机叫做Rostock，是基于Delta Robot的运动方式，由Aduino平台作为控制器的开源3D打印机。和RepRap一样，除了一些标准零件以外，其他的所有零件都能够自己打印出来。桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 2)机械轴机械轴就是XYZ轴运动的部件，主要有2种类型：直角坐标型：XYZ轴成互为直角样子的，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位 的，Z轴则是由丝杆控制的。三角爪型：其数学原理是跟直角坐标型一样，用笛卡尔坐标系原理的。只是将XY轴通过三角
4、函数来映射到三个爪的位置上。桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 3）控制电路控制电路的基本结构是由单片机、步进电机驱动、控制喷嘴热床的场效应管还有各种外出接口构成的。单片机现在有两大种类：1）基于ATMEL芯片的ARDUINO嵌入式开发母板+集线板+电机驱动器+LCD控制板。主要代表就是Ramps、Ultimaker。这样的好处是减少了维护成本，把控制板分为核心板、扩展板和驱动板，这样在其中某一个板损坏时只需要更换坏的部分就可恢复使用，而且arduino MEGA 的资源较为丰富，扩展功能会比ATMEGA644P、ATMEGA1284芯片要多。这种设计的缺点就是初次投入成本高，而且体
5、积也会比单一控制板要大.控制电路主板步进电机驱动板LCD控制器2)直接用AMTEL ATMEGA644P、ATMEGA1284等芯片直接将单片机和控制电路做在一起。主要代表是：Sanguinololu、Printrboard、GEN6、Melzi。这样的好处是体积较为小、初始成本稍微比第一类少一点。缺点就是后期维护困难，控制电路桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 4）喷嘴、热床喷嘴主要分为两种：一种是J-head：J-head的重量较轻，适合用在一些精度要求较高，或者机械轴负载能力较弱的结构中（三角爪型就用这个。）另一种是Budaschnozzle：种喷头有主动散热和被动散热两种方式
6、，MK7喷头就是采用这种结构的主动式散热。makebot、reprappro的机器都是采用这种喷头结构作为默认结构。当然这两种结构同样也是没有优劣之分，只有适合与不适合之分。桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 5）挤出机 挤出机主要分为直接挤丝(direct driver Extruder)、齿轮挤丝(Wades Extruder)二种类型。齿轮挤出机：步进电机用个小齿轮带动个大齿轮进行挤丝的；直接挤丝：步进电机直接接个挤丝轮进行挤丝的，这需要用较大扭矩的步进电机。这种结构的有点在于结构简单好维护，但是不适合长距离挤丝桌面桌面3D打印机的硬件结构打印机的硬件结构 6）电源：一般采用的
7、ATX电源（电脑主机电源）、开关电源、Xbox360 203w电源。这个只需要考虑电源是否在12-24V，电流是否在8A以上就可以了，整个打印机的最大消耗电源部件是喷嘴和热床，桌面桌面3D打印机的软件打印机的软件1）固件:打印机固件读取温度等传感器的实时数据，并控制硬件协作完成打印。它最主要功能是读取“转到X，Y，Z坐标”和“挤压?”命令，然后转化成电机的输入。2）打印软件:切片、路径生成（G代码）如ReplicatorG，Cura，Kisslicer，netfabb等。3D模型模型必须经由两个软件的处理来完成打印程序：切片与传送。切片软件会将模型细分成可以打印的薄度，然后计算其打印路径。3D
8、 打印机客户端软件再把这系列动作传送到硬件，并提供控制其他功能的控制介面。打印软件Slic3r保持切片引擎第一名的地位。因为Slic3r 使用开放源代码、可以跨平台，远比Skeinforge 速度更快，使用方法也更简单。今年夏天，微软宣布：在十月推出的Windows 8.1 将会支援3D 打印的功能。Windows 的官方博客表示这次的目标是“让Windows 的3D 打印功能更胜2D 打印。”无论这项功能的表现让人眼睛一亮或是唏嘘不已，在未来的一年里，3D 打印的软件设计肯定会展现出与现在完全不同的样貌。关键只有一个它背后的开源硬件Arduino。Arduino由5个国际工程师研发，他们分别
9、是Massimo Banzi、Gianluca Martino（意大利）;David Cuartielles（西班牙）;David Mellis、Tom Igoe（美国）。Arduino 刚开始是为了促进了意大利艾维里互动设计学院的发展，旨在帮助学生们实现把输入的数据原型输出。关于关于ArduinoArduino关于关于ArduinoArduino原理：原理：Arduino是一个开放的硬件平台，包括一个简单易用的I/O电路板，以及一个基于Eclipse的软件开发环境。Arduino可以用来开发可独立运作、并具互动性的电子用品，或者也可以开发出与PC相连的周边装置，同时能在运作时与PC上的软件进
10、行沟通（如Flash，Max/Msp，Director，Processing等）。关于关于ArduinoArduino开源硬件怎样推动开源硬件怎样推动3D打印快速扩张？打印快速扩张？因为Arduino让生产3D产品又快又便宜，所以整个制造过程被大大简化透明了。对整个3D打印产业来说，因为有了Arduino和其他尾随的开源技术，3D打印变的更普遍、经济规模要求更低、重组成本接近为零。这完全符合经济学家称之为“产业革命”的东西：设备或器械可以在小空间、低开销、低劳力要求的前提下批量生产。关于关于ArduinoArduino优点：优点：1.低成本：可以从头开始构建便宜的 Arduino 板，并且预组
11、装的组件十分便宜。Arduino Diecimila 花费大约 35 美元。2.跨平台：获得适用于 Microsoft Windows、Mac OS X 和 Linux 的 Arduino 软件。3.简单：Arduino 开发人员尝试使语言可以被初学者轻松掌握，但是对于高级用户足够灵活。4.开放源码：Arduino 从上到下完全是开源的。如果需要构建或修改软件，您可以随意执行。ABS：学名是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，可被挤出，层层叠加以形成坚固的产品。一般来说打印此材料时需要加热平台和加热仓来防止打印过程中翘曲。可以用丙酮进行后期再加工。理论上说 ABS应该在强度上高于PLA，但打印过程中的各项
12、参数和线材质量很大程度上决定产品的强度。PLA（聚乳酸）：是植物淀粉的衍生物，很多性质于ABS类似，但比ABS更脆一点。无需使用加热平台，因为它冷却时很少发生卷翘，风扇可以提高打印质量。气味比ABS好闻，可生物降解。Reprap提到桌面级3D打印机，就不得不提到Reprap项目，它几乎可以说是绝大部分桌面级3D打印机的始祖，也是因为Reprap一开始就从源代码、硬件设计全部开源，吸引了无数爱好者对reprap进行改造，活跃了桌面3D打印机社区，衍生出了无数的后续机 种。现在著名的Makerbot、Ultimaker等等都属于Reprap后续发展出来的机型。主流桌面3D打印机介绍ReprapPr
13、o Mendel主要技术指标：打印空间：200 x200 x110毫米精度：0.1毫米打印速度：1,800毫米/分钟使用材料：1.75毫米 ABS/PLA支持脱机打印。Makerbot大名鼎鼎的Makerbot作为桌面级3D打印机的领军企业可谓是无人不知，无人不晓，早年 Makerbot彻底开源了Thing-O-Matic，从此也造就了淘宝上无数TOM的中国山寨版本。而2012年新发布的Replicator2无疑 是桌面3D打印机的新标杆，实际层厚达到了100微米，从目前展示的打印效果来看，作品非常细腻，FDM机型常有的台阶效应已经不太明显，也许桌面级 FDM机型在未来真的可能会慢慢得到一些专
14、业领域的认可。主流桌面3D打印机介绍Replicator2的主要技术指标：打印空间：28.515.315.5厘米层厚：高分辨率 100微米中分辨率 270微米低分辨率 340微米材料：1.75毫米 PLA支持脱机打印Ultimaker原始的Reprap为了追求可自我复制，在效率和精度进行了一些牺牲，而后续衍生机为了弥补这一 点，在结构上做了改进，除了Makerbot之外，ultimaker也是一个较为成功分支。Ultimaker来自荷兰，从名字上就能看出他们的远大理 想，Ultimaker最大的特色是将挤出机构与喷嘴分离，减轻头部重量，从而理论上获得更快的打印速度和更高的打印精度。主流桌面3D打印机介绍Ultimaker主要技术指标：打印空间：21x21x20.5厘米层厚：官方数据100微米，有部分报告可以实现50微米层厚材料：1.75毫米 PLA支持脱机打印（采购装配零件包需另购脱机打印模块）主流桌面3D打印机介绍UP!UP系列其实北京太尔时代出品，以前主要做OEM出口，目前开始以UP的品牌在国内进行销售。打印空间：140 x140 x135毫米层厚：最低0.15毫米，最高0.4毫米材料：ABS/PLA
