基于Arduino與電子垃圾打造出3D打印機(jī)

隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，人類(lèi)產(chǎn)生的電子垃圾也越來(lái)越多;怎么處理和回收這些垃圾有時(shí)候也是一個(gè)讓人頭痛的問(wèn)題。香港理工大學(xué)計(jì)劃將部分被淘汰的電子垃圾利用起來(lái)打造一款用于教育3d打印機(jī);因?yàn)樵隙际莵?lái)自于電子垃圾，其制作成本可以降到非常低。制作者將這款打印機(jī)命名為Curiosity（好奇心），下面我們就來(lái)看看這臺(tái)打印機(jī)是怎么造出來(lái)的吧，你也可以按照此方法獲得自己人生的第一臺(tái)3D打印機(jī)哦。

第一步：前期準(zhǔn)備

“好奇心”的主要部件都是來(lái)自于電子垃圾，其中包括老式DVD光驅(qū)、電腦電源，整個(gè)項(xiàng)目完成之后的總成本不超過(guò)150美元，而且一旦能將此項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瑔闻_(tái)3D打印機(jī)的成本更是有望壓縮到100美元！

注：該項(xiàng)目同時(shí)也是一個(gè)公益項(xiàng)目，組裝套件可以在HKbay上購(gòu)買(mǎi)到，該項(xiàng)目的利潤(rùn)將用于幫助貧窮的孩子獲得接受創(chuàng)客教育的機(jī)會(huì)。

必需的工具：

內(nèi)六角扳手：包括兩個(gè)尺寸分別為2.5mm（長(zhǎng)柄）和2.0mm的球形端扳手，和1.5mm與3.0mm六角扳手。

熱膠搶

電烙鐵

美工刀

尖嘴鉗

螺絲刀

毫米精度的標(biāo)尺

數(shù)顯卡尺

8毫米至10mm扳手

4毫米手電鉆或Dremel

鑷子

UHU粘膠

標(biāo)線帶

萬(wàn)用表

材料：

回收的電子垃圾

2個(gè)老式DVD光驅(qū)

軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器

PC電源

線材

3D打印組件：

結(jié)構(gòu)框架

加熱頭固定器

電子件：

Arduino Mega

Ramps板

4個(gè)Pololu Motor Shields

USB線

1.75毫米絲全金屬擠出器w/ PTFE管和銅接頭

Nema 17步進(jìn)電機(jī)

w/0.4mm加熱頭噴嘴，帶100K熱敏電阻和冷卻風(fēng)扇部件

第二步：準(zhǔn)備DVD光驅(qū)

拆掉兩個(gè)DVD光驅(qū)。因?yàn)楣怛?qū)的品種非常多，具體的拆解過(guò)程可能會(huì)存在差別，但基本可以按以下步驟完成：

1、移除DVD光驅(qū)盒頂部面板;

2、移除電路板，切下扁平電纜;

3、移除光驅(qū)側(cè)邊和前面板;

4、分離金屬框（其固定著步進(jìn)電機(jī)、DVD旋轉(zhuǎn)電機(jī)、激光頭和電路板）;

5、從激光頭上移除DVD旋轉(zhuǎn)電機(jī)和電路板，拆掉多余的線材。

如圖所示，沒(méi)必要將步進(jìn)電機(jī)一起拆下來(lái)。另外，保留下上面所有的減震橡膠。兩個(gè)DVD光驅(qū)一樣拆。

第三步：準(zhǔn)備軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器

和上面一樣，軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器也各有差別，大致的的步驟如下：

1、移除軟盤(pán)盒的頂面板;

2、移除電路板、拆下扁平帶狀電纜;

3、移除頂面板和金屬邊框;

4、分離金屬框（其固定著步進(jìn)電機(jī)和讀寫(xiě)頭）

5、將多余的部件清除，只留下能固定步進(jìn)電機(jī)和讀寫(xiě)頭的部分即可，盡量在固定的基礎(chǔ)上讓整個(gè)組件更輕。

另外確保你的步進(jìn)電機(jī)上有4個(gè)連接口，如下圖所示（步進(jìn)電機(jī)不需要拆下來(lái)），如果只有兩個(gè)接口，可能只是直流電機(jī)。

使用萬(wàn)用表分別找到A+/A- 和B+/B-兩對(duì)接口，每對(duì)之間的電阻大約為15Ω，如果你測(cè)得的阻值是無(wú)限大，則他們可能并不是一對(duì)。而他們各對(duì)之間的正負(fù)是不必區(qū)分的，接下來(lái)將跳線焊接到上面：

腳1 -》 A+或B+

腳2 -》 A- 或B-

腳3 -》 B+ 或A+

腳4 -》 B- 或 A-

第四步：安裝結(jié)構(gòu)框架

這里的框架是采用激光切割的木板拼接而成的，這有利于保持設(shè)備的精度。簡(jiǎn)單的拼接之后并不需要急著安裝螺釘。

第五步：安裝擠出器

這里需要用到一個(gè)金屬擠出套件，這個(gè)裝置可能需要你額外購(gòu)買(mǎi)。這個(gè)部件負(fù)責(zé)3D打印原料的推送。

將擠出器安裝到電機(jī)軸上，保持緊固。

第六步：組裝X和Z軸電機(jī)

其中X軸驅(qū)動(dòng)采用了DVD光驅(qū)，而Z軸使用的是軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。

對(duì)準(zhǔn)X軸和Z軸;Z軸電機(jī)必須垂直固定在X軸頂部。兩個(gè)電機(jī)之間的連接部分需要用到熱膠。確保軟驅(qū)的電機(jī)能夠通過(guò)DVD光驅(qū)電機(jī)的下面，確保兩個(gè)電機(jī)在整個(gè)軸上運(yùn)動(dòng)時(shí)都不會(huì)有任何阻礙。使用熱膠時(shí)一定要注意不要將熱膠放在任何可移動(dòng)的位置上。

第七步：安裝打印基板和Y軸電機(jī)

Y軸電機(jī)使用的DVD光驅(qū)電機(jī)。

將打印基板安裝在DVD光驅(qū)的中心，確?；搴碗姍C(jī)無(wú)接觸，另外基板的任何一邊都不應(yīng)該超過(guò)DVD光驅(qū)的范圍。

第八步：安裝加熱頭

在軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)的讀寫(xiě)頭上安裝加熱頭，這里用到了一個(gè)3D打印的固定槽，用DVD上拆下的小螺絲固定。

第九步：準(zhǔn)備在框架上安裝DVD光驅(qū)

標(biāo)記X/Z驅(qū)動(dòng)的位置，在木片的中心做好標(biāo)記，然后在相應(yīng)位置鉆孔;

標(biāo)記Y驅(qū)動(dòng)的位置，在框架基板上做好標(biāo)記，然后在相應(yīng)位置鉆孔。

第十步：在框架上安裝電機(jī)

首先用4顆M4x20螺釘將前面做好的X/Z軸安裝到3D打印機(jī)的頂部框架上，注意在安裝這一結(jié)構(gòu)時(shí)，需要在螺絲釘上加裝一枚螺帽或一些墊圈。

接下來(lái)將帶有打印基板的Y軸結(jié)構(gòu)安裝到打印機(jī)底部框架上。為了給電機(jī)留下足夠大的自由活動(dòng)孔家，打印機(jī)的底部框架做了鏤空處理，另外也應(yīng)該采用更長(zhǎng)的螺釘（M4x40）和更多的墊圈將整個(gè)Y軸結(jié)構(gòu)懸空。

第十一步：在框架上安裝電子件

本3D打印機(jī)采用的控制處理器為Arduino Mega開(kāi)發(fā)板，根據(jù)開(kāi)發(fā)板的大小在框架板上鉆螺絲孔，然后將Arduino固定。

接下來(lái)在Arduino上加裝Ramps和Pololu電機(jī)擴(kuò)展接口。

第十二步：整體電子組件連接

電子組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖如下：

將各個(gè)組件連接起來(lái)，注意線材的安裝方式和路勁，不要干擾到打印機(jī)機(jī)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

第十三步：調(diào)試、校準(zhǔn)和測(cè)試

以下是3D打印機(jī)的工作過(guò)程示意圖。

你可以使用CAD軟件制作3D圖像，并保存為打印機(jī)可用的.stl格式文件。當(dāng)然，你也可以在網(wǎng)上下載.stl的3D打印文件并進(jìn)行編輯。

本項(xiàng)目即將提到的需要用到的所有程序都是開(kāi)源的。

在調(diào)試階段，你可以用到一款通信軟件Printrun/Pronterface，這款軟件還包括Mac OS X和Linux版本。

另外，還需要確保你的Arduino Mega上面已經(jīng)安裝了控制器固件Marlin。

而在將打印機(jī)和電腦連接之前，你還需要在你的計(jì)算機(jī)上安裝Cura，Cura還會(huì)安裝Arduino驅(qū)動(dòng)，安裝好了之后將Arduino和電腦通過(guò)USB連接。

Windows 8用戶(hù)須知：Windows 8可能會(huì)拒絕arduino.inf這樣的沒(méi)有數(shù)字簽名的第三方驅(qū)動(dòng)的安裝，在安裝前需要關(guān)閉此功能。

OS X用戶(hù)須知：請(qǐng)更新到最新版的操作系統(tǒng)之后才安裝，最新版的系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別Arduino Mega并自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)，但其可能會(huì)將Arduino識(shí)別成一個(gè)USB調(diào)制解調(diào)器，不要在意這一點(diǎn)。

調(diào)試過(guò)程中我們需要用到G-code代碼，通過(guò)手動(dòng)輸入特定的命令可以讓打印機(jī)的各個(gè)組件執(zhí)行不同的任務(wù)，這些命令可以在Pronterface界面的右下角輸入。當(dāng)然，對(duì)G-code代碼不感興趣的也可以直接點(diǎn)擊Pronterface界面上的按鈕執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

G-code代碼大部分都是以M和G開(kāi)頭的，必須大寫(xiě)，完整代碼列表你可以在網(wǎng)上自己找到，以下列舉了幾個(gè)：

·G28：所有軸回到初始位置

·M106 S255：風(fēng)扇打開(kāi)

·M106 S0：風(fēng)扇關(guān)閉

·G1 X0 Y0 Z10：打印頭移動(dòng)到基板上10mm位置

·G1 E50 F100：以100mm/s的速度出絲50mm

·M302：撤銷(xiāo)“擠出器安全”

下面將介紹具體的調(diào)試校準(zhǔn)方法。

連接電源并檢查電機(jī)方向

接通電源，首先檢查電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，如果不正確，將Ramps上的插口方向?qū)φ{(diào)即可。

確保打印基板不會(huì)干擾到加熱頭的運(yùn)動(dòng)

使用G28命令，三個(gè)電機(jī)將會(huì)向它們的初始位置運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程會(huì)發(fā)出比較大的聲音，不要被嚇到。

檢查X軸的方向

點(diǎn)擊+X，X軸應(yīng)該會(huì)向右運(yùn)動(dòng)。如果X軸向左運(yùn)動(dòng)，趕緊關(guān)閉打印機(jī)電源，斷開(kāi)Pronterface，并反過(guò)來(lái)調(diào)整連接在Ramps上的接口。

檢查Y軸的方向

和X軸類(lèi)似，如果點(diǎn)擊+Y時(shí)Y軸向后運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉電源斷開(kāi)連接后，調(diào)整Ramps上的接口。

檢查Z軸的方向

點(diǎn)擊+Z上的10，Z軸應(yīng)該會(huì)向上移動(dòng)10毫米，如果Z軸向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行上面類(lèi)似的調(diào)整。

檢查加熱頭噴嘴和打印基板的距離

接下來(lái)我們需要調(diào)整打印基板的高度，將X和Y軸移動(dòng)到左前下角，將Z軸盡可能壓低。調(diào)整打印基板的螺釘讓打印基板和噴嘴之間的距離為0.1mm（這也是這臺(tái)打印機(jī)的打印精度）。繼續(xù)將X軸和Y軸移動(dòng)到基板的其它三個(gè)角，調(diào)整打印基板和噴嘴之間的距離為0.1mm. 這個(gè)距離非常關(guān)鍵，如果距離小于0.1mm，打印將會(huì)變形;而距離過(guò)大甚至完全無(wú)法工作;所以在一次調(diào)整之后還應(yīng)該多進(jìn)行幾次檢查。

檢查風(fēng)扇

輸入代碼M106 S255，加熱頭冷卻風(fēng)扇應(yīng)該會(huì)開(kāi)始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并吹風(fēng)冷卻加熱頭。如果風(fēng)扇沒(méi)有開(kāi)啟，調(diào)整Ramps上的接口。如果風(fēng)扇吹出的風(fēng)向不對(duì)，將風(fēng)扇拆下來(lái)在另一個(gè)方向安裝。

測(cè)試加熱頭

在確保風(fēng)扇正常工作的情況下，選擇Heat 185（打印材料是PLA），點(diǎn)擊Set，觀察溫度上升至180℃并保持穩(wěn)定，那么加熱頭工作正常。另外注意一點(diǎn)，為了提高PLA的著絲附著力，可以考慮在PLA外面附著一層膠水，干燥之后即可打印。

測(cè)試擠出器

暫時(shí)不要加絲。使用M302代碼撤銷(xiāo)Marlin中冷卻絲擠出保護(hù)，設(shè)置Pronterface擠出10mm的絲，然后點(diǎn)擊Marlin（擠出）。這時(shí)擠出器上最大的齒輪應(yīng)該會(huì)開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊Reverse（反向），該齒輪又會(huì)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。

接下來(lái)裝入打印絲，保持溫度為185℃（PLA），設(shè)置擠出器以100 mm/min的速度擠出100mm的打印絲，讓打印絲填入管中，繼續(xù)加絲則熔融的打印絲就開(kāi)始從噴嘴涌出了！

第十四步：享受你的打印機(jī)

接下來(lái)開(kāi)始使用你的打印機(jī)吧，找到或繪制合適的3D打印文件，開(kāi)始享受打印的過(guò)程吧！

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