適用于初學(xué)者的DIY RepRap 3D 打印機(jī)教程—第1部分：構(gòu)建

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您是否曾經(jīng)想構(gòu)建自己的3D打印機(jī)，卻又不知從何下手？本教程對(duì)于3D打印領(lǐng)域的任何初學(xué)者來(lái)說(shuō)都是一個(gè)很好的入門之選。本文將會(huì)詳細(xì)說(shuō)明如何創(chuàng)建一個(gè)DIY RepRap 3D打印機(jī)。RepRap表示“Replication Rapid-Prototyper（快速?gòu)?fù)制原型機(jī)）”，通常指一種可以打印出零部件從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)性改進(jìn)的打印機(jī)。我將會(huì)從物理構(gòu)建開始，然后在后續(xù)教程中繼續(xù)進(jìn)行編碼部分和電子組件方面的工作。

最終打印機(jī)規(guī)格：

臺(tái)式機(jī)占地面積：11in x 13in x 13in

最大建造空間：5.5in x 4.5in x 5in

硬件

下面的列表顯示了本教程所使用的材料。您可以根據(jù)自己的喜好調(diào)換組件，但是，這將會(huì)需要更改某些零件的必要尺寸。所制造的木質(zhì)部件還將附有相應(yīng)的CAD模型，以便于制造。

? 塑料奶箱，11in x 13in x 13in

? 3D打印燈絲PLA

? 5m GT2同步皮帶，切削至該尺寸

? 4x GT2 5mm孔同步皮帶輪

? 膠條

? 扎帶

? 電工膠帶

? 夾鉗

金屬

? 4 x 直徑8mm直線圓軸

? 4 x NEMA 17步進(jìn)電機(jī)

? Signstek 3D打印機(jī)MK2 8 x 8 mm 玻璃板

? 2 x 螺紋螺釘 TOOGOO(R) 3D打印機(jī)8mm絲桿Z軸直線導(dǎo)軌軸400mm

? 2 x TriGorilla Silver Tone SHF10 10mm 直線導(dǎo)軌軸，用于3D打印機(jī)

? 1 x 用于RepRap 3D打印機(jī)的MK8金屬擠出機(jī) 1.75mm細(xì)絲 0.4mm噴嘴 12V 40W加熱器 NTC3950熱敏電阻

? 4 x BQLZR SCS8UU 直線運(yùn)動(dòng)球軸承 CNC 滑動(dòng)襯套 34.5mm長(zhǎng)

? 2 x TriGorilla 3D打印機(jī)配件 5mm至8mm藍(lán)色鋁合金電機(jī)軸耦合器與連接器

? 16 x M4-0.7 x 16 mm 機(jī)器螺釘

? 8 x #8 x 2 in 螺釘

? 4 x #8 x ? in 螺釘

? 4 x M6-1 x 25 mm 螺釘

? 4 x M6-1 法蘭螺母

? 4 x 608ZZ 回轉(zhuǎn)軸承

? 2 x 5/16 3 in 螺釘

? 4 x 5/16 螺母

? 6 x 1 ? in 直徑 5/16孔墊圈

? 8 x 1 in 直徑5/16孔墊圈

木材

? 4 x 4 cm x 3.5 cm x 2 cm 8mm 內(nèi)孔木塊（直線導(dǎo)軌）

? 2 x 13.5 in x 3 in x 0.25 in木板（頂板）

? 2 x 2.5 in x 1.5 in x 0.75 in木塊（直線板）

? 4 in x 1.5 in x 0.5 in木塊（擠出機(jī)滑塊）

? 12.5 in x 7.5 in x 0.5 in木板（支撐底板）

3D CAD 模型 (https://github.com/lmand/DIY-3D-Printer-Tutorial)

工具

? 六角扳手

? 手鉆

? 鉆頭：5/16、 7/64、 11/64、3/8、 11/32

? 各種尺寸的螺絲刀

? 垂直帶鋸或類似的切割工具

概覽

1.收集材料

2.構(gòu)建頂板

3.構(gòu)建直線滑塊

4.構(gòu)建擠出機(jī)滑塊

5.構(gòu)建擠出機(jī)

6.構(gòu)建Z軸

7.收尾工作

概念

自1970年代，3D打印機(jī)的理念就已經(jīng)開始浮現(xiàn)。但是，直到最近幾年，3D打印技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，或者說(shuō)無(wú)法提供給個(gè)人使用?，F(xiàn)在，一個(gè)普通的業(yè)余愛好者完全有可能建造出自己的3D打印機(jī)。然而，設(shè)備之間仍然存在差距。大多數(shù)3D打印機(jī)套件和RepRap打印機(jī)教程都假定用戶都已經(jīng)接觸到過(guò)一臺(tái)3D打印機(jī)。這對(duì)我來(lái)說(shuō)似乎沒(méi)有用，因此，我想要設(shè)計(jì)一種不需要任何3D打印機(jī)部件即可進(jìn)行工作的打印機(jī)。設(shè)計(jì)該打印機(jī)的意圖是引導(dǎo)初學(xué)者了解打印并且創(chuàng)建出一個(gè)打印機(jī)，并且使他們可以由此開始對(duì)打印機(jī)進(jìn)行不斷改進(jìn)。

設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的第一步是為初學(xué)者找到最簡(jiǎn)單的打印機(jī)設(shè)計(jì)。因此，我以Maker Mendel和許多RepRap打印機(jī)作為設(shè)計(jì)靈感設(shè)計(jì)出盒型打印機(jī)。擠出機(jī)將在X和Y方向上移動(dòng)，而打印床在Z方向上移動(dòng)。

為了易于使用和保持穩(wěn)定性，我決定使用帶有木制零件的奶箱底座，以后可以將其替換為3D打印零件。然后，我選擇corexy皮帶配置，使初學(xué)者能夠了解應(yīng)用最廣泛的皮帶配置，同時(shí)確保底座設(shè)計(jì)的高效性。最后，選擇RAMPS控制器，因?yàn)樗哂信cArduino交互的能力，并且在RepRap社區(qū)中應(yīng)用最為廣泛。

步驟1：創(chuàng)建頂板

1) 按照以下CAD圖的規(guī)定準(zhǔn)備和切割木質(zhì)零件。3D模型是通過(guò)SolidWorks設(shè)計(jì)的。所有的3D模型都可以在https://github.com/lmand/DIY-3D-Printer-Tutorial上下載。零件圖如下所示。

圖1：擠出機(jī)滑塊

圖2：直線導(dǎo)軌

圖3：直線滑塊

圖4：頂板

2) 查看金屬和工具列表

圖5：用于構(gòu)造頂板的組件

3) 使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，在一塊頂板的每個(gè)角附近標(biāo)記安裝孔的位置。使用7/64 in鉆頭鉆出安裝孔。使用3/8 in鉆頭鉆出步進(jìn)電機(jī)軸中心孔。使用M4螺釘將步進(jìn)電機(jī)連接到頂板。

圖6：俯視圖，顯示了安裝在頂板一側(cè)的步進(jìn)電機(jī)。

4) 在另一個(gè)頂板上，在每個(gè)角附近標(biāo)記用于軸承和螺釘?shù)目?。使?/16 in鉆頭鉆孔。將5/16 in螺釘插入該孔中。按照順序添加以下部件：5/16in螺母，3in墊片，1.5in墊片，軸承，1.5in墊片，3in墊片，1.5in墊片，軸承，1.5in墊片，3in墊片，和5/16in螺母。這些零件將用于皮帶的導(dǎo)向裝置。

圖7：在步驟4中組裝的皮帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)側(cè)視圖

5) 在兩個(gè)頂板上分別標(biāo)記板的中心。將直線軸支架的中心放在此標(biāo)記上，并標(biāo)明其另外兩個(gè)孔對(duì)應(yīng)孔的位置。鉆出這三個(gè)孔。用M6-1螺釘和M-1螺母連接直線軸支架。

圖8：在步驟5中連接到頂板的Z軸導(dǎo)軌俯視圖

6) 將直線導(dǎo)軌滑塊靠在步進(jìn)電機(jī)上，并將其與電機(jī)的外邊緣對(duì)齊。確?；瑝K中的孔面向另一個(gè)頂板，而不是另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。使用夾鉗將其在位置上固定。使用#8 x 2 in螺釘將兩者連接。對(duì)另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)以及另一個(gè)頂板重復(fù)該步驟。將滑塊放在板邊界內(nèi)（緊挨邊界）。

圖9：圖片顯示了組裝完成的頂板

步驟2：構(gòu)建直線滑塊

1) 將直線桿切削至一定尺寸。在本教程中，中間桿的長(zhǎng)度為260mm，側(cè)邊桿的長(zhǎng)度為250mm。將側(cè)邊直線桿導(dǎo)入您在步驟1最后一步連接的滑塊中。這些桿將成為Y軸。

圖10：圖片顯示了組裝好的X-Y軸機(jī)構(gòu)

2) 取直線板木材。在每一塊的頂部放置一個(gè)直線軸承，并標(biāo)記孔的位置。用7/64 in.鉆頭鉆出那些孔。插入M4-0.7螺釘將直線軸承固定到位。在滑塊最薄的部分標(biāo)記相隔1 5/8 in.的孔。鉆兩個(gè)8mm的孔。將中間直線桿放在這些孔中。這些桿將成為您的X軸。

將滑塊翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使直線軸承位于底部。在用于直線軸承的安裝孔的中央堆疊兩個(gè)同步皮帶輪。將#8 x 2 in.螺釘穿過(guò)同步皮帶輪。用螺絲刀將其固定到滑塊上。確保它們?nèi)匀豢梢宰杂尚D(zhuǎn)。

圖11：組裝完成的直線滑塊側(cè)視圖

圖12：組裝完成的直線滑塊俯視圖

這些滑塊使您的擠出機(jī)可以沿Y軸移動(dòng)。

3) 將滑塊滑到側(cè)邊的直線桿上。

圖13：X-Y滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和六角扳手的俯視圖

步驟3：構(gòu)建擠出機(jī)滑塊

1) 取擠出機(jī)滑塊木材。在中間的直線桿上放兩個(gè)直線軸承。將擠出機(jī)滑塊緊貼軸承，以確認(rèn)直線軸承需要相隔多遠(yuǎn)。標(biāo)記直線軸承的位置和孔的位置。使用7/64-in鉆頭鉆孔。再用更大的鉆頭（如3/8-in）在滑塊的頂部對(duì)每個(gè)孔沉孔。用M4-0.7螺釘將直線軸承固定到八個(gè)孔中。

2) 標(biāo)記滑塊中心距離直線軸承1/2-in的地方。用11/32-in鉆頭鉆孔。參見圖13中組裝完成的零件。

3) 將膠條放在四個(gè)沉孔的中間。把擠出機(jī)按壓在膠條上并保持30秒。將扎帶穿過(guò)直線軸承兩側(cè)的孔把擠出機(jī)固定到位。該裝置使您可以在需要時(shí)輕松拆卸和/或升級(jí)擠出機(jī)。

圖14：完成組裝的擠出機(jī)滑塊

步驟4：構(gòu)建擠出機(jī)

1) 擠出機(jī)應(yīng)配有可測(cè)量溫度的熱敏電阻（圖15），加熱元件（圖16）和擠出機(jī)機(jī)頭（圖17）。熱敏電阻和加熱元件都位于擠出機(jī)機(jī)頭上的孔中，如圖17所示。

圖15：擠出機(jī)配有的熱敏電阻

圖16：擠出機(jī)配有的加熱器

圖17：帶有標(biāo)記孔的熱端

2) 使用電工膠帶將所有電線捆扎在一起，然后將其從打印機(jī)機(jī)構(gòu)中移開。通過(guò)圖18中標(biāo)記的孔將擠出機(jī)機(jī)頭擰入擠出機(jī)主體。

圖18：熱端帶有標(biāo)記孔的擠出機(jī)

3) 將用于細(xì)絲的橡膠管壓入擠出機(jī)主體。

圖19：帶有滑塊的組裝完成的擠出機(jī)

步驟5：構(gòu)建Z軸

1) 取支撐底板木材。在板上距離最長(zhǎng)邊中心位置2cm的地方進(jìn)行標(biāo)記。用11/32-in鉆頭鉆孔。將螺母推入旋進(jìn)每個(gè)孔中的螺紋螺釘。此處為緊密摩擦配合。為了增加穩(wěn)定性，請(qǐng)使用#8 1/2-in螺釘來(lái)緊固螺母。

圖20：支撐板

2) 將聯(lián)軸器放在剩下的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)上，并使用六角扳手適當(dāng)擰緊。將螺釘放入在聯(lián)軸器另一端并再次擰緊。使用扎帶將步進(jìn)電機(jī)固定到奶箱的底部。

圖21：連接了聯(lián)軸器的步進(jìn)電機(jī)

3) 將支撐底板放置在螺紋螺釘上，并擰緊螺釘來(lái)放低底板。將頂板旋進(jìn)螺紋桿，以確保所有部件都安裝到位。

步驟6：收尾工作

1) 使用膠條將玻璃板固定在木質(zhì)支撐底板上。這可以使底板易于拆卸。

圖22：粘附在木質(zhì)支撐底板上的玻璃板

您可能還需要對(duì)某些零件進(jìn)行打磨才能夠獲取完整的運(yùn)動(dòng)自由度。

第1部分介紹了打印機(jī)的物理結(jié)構(gòu)。我們首先對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述。然后，我們切削出木質(zhì)部件，并在每個(gè)部件上連接了必要硬件。第2部分將介紹所有的電子設(shè)備，程序編碼以及皮帶的設(shè)置。

審核編輯黃宇