主题:【原创】说说 3D 打印那点事 ( 补完) -- kernelh
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家园 3D 打印机的基本构造(机械传动部分)已更新

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。

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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下一次说说塑料挤出机构

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