DIY 3D打印機(jī)技術(shù)方案研究

盧崇雨

摘 要：3D打印作為21世紀(jì)最主流，最熱門的話題之一，吸引了不少創(chuàng)客、DIY愛好者爭相學(xué)習(xí)、研究和開發(fā)。本文通過對當(dāng)下3D打印發(fā)展趨勢的分析，主要從DIY 3D打印相關(guān)的硬件、軟件總結(jié)幾種流行的DIY方案，提供相關(guān)DIY 3D打印網(wǎng)站，方便大家交流、學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：3D打印；DIY；硬件；軟件

0 引言

DIY的意思就是do it yourself。要想制作一臺3D打印機(jī)，我們必須先要了解3D打印技術(shù)的種類、原理，再深入了解他的硬件結(jié)構(gòu)，包括它及否存在各種硬件搭配所遵循的兼容原則，其控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)、搭建，能否結(jié)合切片軟件對上位機(jī)進(jìn)行精確控制。固件也是一個DIY需要解決的問題，不同型號的主控板對應(yīng)不同種類的固件程序。各種各樣的切片分層軟件也是DIY愛好者不得不面臨的選擇，接下來先分析何為DIY 3D打印。

1 什么是3D打印？

作為科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。顧明思議，3D就是一種空間立體形態(tài)，不同于2D的是，它將平面轉(zhuǎn)換成空間，簡單來說，類似于打印機(jī)打印，只不過垂直于平面方向也進(jìn)行打印。就好比建房屋，平面上打好根基，在縱向上一層一層增加高度。目前該技術(shù)廣泛用于珠寶、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、醫(yī)療、教育等各個領(lǐng)域。

2 3D打印技術(shù)分類

在3D打印界，打印方式主要有兩種。一種是“FDM”——“熔融沉積成型Fused Deposition Modeling”，基本原理是通過加熱裝置將ABS、PLA等絲材加熱融化，然后通過擠出頭像擠牙膏一樣擠出來，一層一層堆積上去；另一種是SLA——“立體光固化成型Stereo Lithography Apparatus”，基本原理是通過激光束在液態(tài)光敏樹脂表面勾畫出物體的第一層形狀，然后制作平臺下降一定的距離，再讓固化層浸入液態(tài)樹脂中，如此反復(fù)。而光固化這種打印方式，目前有兩種主流的技術(shù)，一種是通過激光點(diǎn)成型；另一種是通過DLP這種光束成型。DLP技術(shù)用于3D打印機(jī)之前，已經(jīng)廣泛的用于數(shù)字影院、微型投影儀等產(chǎn)品中；用于3D打印機(jī)之后，帶來更多益處。基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)能夠制作非常復(fù)雜的物體，并且能使物體的表面非常光滑。

3 3D打印目的和意義

3D打印技術(shù)相對傳統(tǒng)制造技術(shù)是一次重大的技術(shù)革命，用“顛覆”傳統(tǒng)制造技術(shù)來形容也不過分。它能夠解決傳統(tǒng)制造所不能解決的技術(shù)難題，能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入新鮮動力。但是，傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過了數(shù)千年的積累和發(fā)展，已經(jīng)在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)、材料等方面發(fā)展成熟，并形成了配套完善、功能齊全、社會各界廣泛認(rèn)可的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。3D打印又被稱為“增材制造”，是一種快速成型技術(shù)。3D打印技術(shù)對于生產(chǎn)者來說可大幅降低生產(chǎn)成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對環(huán)境的影響，它還使消費(fèi)者能根據(jù)自己的需求量身定制產(chǎn)品。近年來，各大國對3D打印這項(xiàng)新技術(shù)都投入巨大，中國也不例外，但由于3D打印技術(shù)的這些優(yōu)勢和缺點(diǎn)，我國在發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)時應(yīng)未雨綢繆、冷靜應(yīng)對。

4 DIY 3D打印機(jī)技術(shù)方案

4.1 切片軟件

3D打印開始之前，首先要對模型進(jìn)行切片、分層，也就是我們所說的預(yù)處理。對于生成的切片數(shù)據(jù)有兩種方式處理：將軟件獲得數(shù)據(jù)通過串口通信傳遞給主控板；通過切片軟件直接控制上位機(jī)。兩種方式在現(xiàn)在的DIY方案中都很常見。切片軟件目前主要有以下幾種：slic3r、creationworkshop、MakerBot、XBuilder、Cura等。

MakerBot：由美國Makerbot公司開發(fā)的一款切片軟件。操作界面非簡單，只需要簡單的幾個步驟即可完成切片。

XBuilder：由西銳三維打印科技自主開發(fā)的一款中文版軟件，界面簡潔、操作方便。支持.stl，.gcode，.obj等常用3D格式文件。更重要的是，界面完全漢化，對于英語不好的DIY愛好者來說是個不錯的選擇。

Cura：是Ultimaker公司設(shè)計(jì)的3D打印軟件，以高度整合性及容易使用為設(shè)計(jì)目標(biāo)。但相對來說界面還是較為專業(yè)，初學(xué)者不建議使用。

Creationworkshop：是一款開源的切片分層軟件，帶有DLP投影儀以及上位機(jī)的控制功能。

4.2 主控板選擇

主控板就好比人類的大腦，它是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵，也是DIY愛好者不得不慎重考慮的問題之一。常見的主控板有mega2560（Ramps1.4擴(kuò)展板）、mega2560合體板、Sanguinololu、Melzi、樹莓派、Printrboard、RepRap等。

Sanguinololu是一種供Reprap等數(shù)控設(shè)備使用的低成本ALL-IN-ONE主控板解決方案。它設(shè)有一個的板載Sanguino（與arduino類似的最小系統(tǒng)，使用ATMEGA644P芯片同時兼容ATMEGA1284）。它的四個軸均采用Pololu引腳兼容的步進(jìn)驅(qū)動程序。

Melzi是一個完整組裝好的RepRap主控電路，而且是很便宜地大量生產(chǎn)。它是基于Arduino Leonardo的擴(kuò)展板。

Mega2560、Ramps1.4是最常見也最實(shí)用的主控之一，適用于SLA、DLP打印技術(shù)。它提供了LCD、SD卡、限位開關(guān)以及A4988電機(jī)驅(qū)動接口，功能全面實(shí)用，而且適用于Marlin固件，加上固件的開源代碼較為全面，更為DIY愛好者提供便利。

5 結(jié)束語

正是由于3D打印的高速發(fā)展，才涌起了大量的DIY 3D打印愛好者，他們在不斷探索、改進(jìn)、發(fā)明。上面的總結(jié)希望對大家在DIY這條道路上的探索有益，本文有不全面的地方，望大家在學(xué)習(xí)、試驗(yàn)中不斷嘗試，提出更為優(yōu)秀的DIY方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 余明春.3D打印機(jī)切片軟件種類及使用方法[EB/OL].