【萬有青年養成計劃】3D印表機DIY不完全指南手工美食烘焙教程

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從萌生自制一臺3D印表機的夢想開始到現在已經快一年了。申請萬有青年養成計劃，並有幸入選之後，我就打算為自己的製作過程寫點什麼。雖然機器離最終完成還有些bug要除錯，但依靠在開源社群潛水得來的知識，結合實際寫寫製作一臺3D印表機中的重要步驟相信還是很有意思的。即使是DIY的初學者，相信看著這份教程也能夠很快上手。

如後文所見，只要充分發揮創造力DIY3D印表機的方法可以有千千萬萬，但最重要的一步是，下定決心開始動手。

Tip: 很顯然，這篇文章裡的粗淺內容只能算入門介紹。如果想知道更多的細節，可以點選參考連結獲取進一步的知識和資源。

製作難度：★★★★★

GEEK指數：★★★★☆

當想要製作一臺3D印表機的時候，首先要有它是什麼的大致概念。如果身邊的人有這麼一臺，那麼你可以在主人允許的情況下好好調戲一下。如果沒有，可以在視訊網站上搜索，你會找到到很多3D印表機的工作視訊；還可以閱讀一些文章，瞭解3D印表機的原理。這裡，我會以我們製作的“透鏡”專案為例講解。

桌面級3D印表機的工作原理，可以參考《那些關於3D列印，你不得不知道的事兒》。

Step 1: 準備工作

如果你不太瞭解機械電子這方面的知識，最好能找到一些相關專業的朋友，特別是有工程經驗的作為顧問，他們能夠幫助你解決在原理和基礎知識上的許多困惑。不過除錯機器還是儘量親手來做吧。

接下來就應該選擇你的基礎方案了。開源社群RepRap上有很多種可供選擇的方案，如果你難以判斷哪些方案會比較好，可以考慮人氣最高的那些。如果你有相關的專業技能，不妨試試自己設計一套方案出來，這樣做會十分有樂趣，只是相應的也會遇到更多困難。還有一點需要注意的是，讓自己設計方案儘量與其他的開源方案在介面上相容，這樣能更好地利用開源社群裡的資源。

RepRap提供的大量方案列表：_Options

如果附近就有很多加工廠，你或許可以藉助他們的機器裝置來完成3D印表機的部件加工。然而大多數人沒有這麼方便的條件。這個時候試著問問萬能的淘寶吧。

但如果時間比較緊，或者精力有限的話，淘寶上還可以買到基本加工完成的套件，只需要按照步驟組裝除錯就可以了。不過即使這樣，瞭解一些設計目的和工作原理也是很有意義的。

以下每一步中給出的預算，是以“透鏡”專案為基礎，包含了以防萬一的冗餘成本。所以如果是個中老手的話，實際成本會比這低。物料清單也是以“透鏡”所使用的方案為準，因此可能會與你實際選用的方案有很大不同。

Step 2: 機械結構

預算：2000元

參考清單：

膠合板：1m×2m（單張大板沒法包裝快遞，所以最好自行到附近的建材市場購買，或者考慮其他方案）標準件若干：M6螺釘、螺母、墊片，M3螺釘、螺母、墊片，M3.5螺釘、螺母、墊片……（建議按整包買）內徑6mm的V槽滑輪軸承與圓形軸承若干42步進電機×4（其中一個自帶300mm絲桿）同步帶1m齒輪（規格要與步進電機和同步帶配對）擠出機噴頭螺絲刀一套遊標卡尺一把米尺一把臺鋸：用於自行切割零件臺鑽與對應的麻花鑽：用於自行給零件鑽孔

按照FDM的原理，需要一個驅動噴頭與平臺做精確相對運動的驅動系統。這個驅動系統一般採用三維直角座標系，將三維方向上的運動分解成三個方向上的直線運動，分別由三個軸之一來驅動噴頭或平臺。3D印表機的機械結構應該能讓這三個軸都能獨立受控移動。每個軸常用的結構有絲桿結構和同步帶結構兩種，用一臺步進電機（一般是42步進電機）來驅動。

用於熔化及噴出熔融塑料的這部分機械，叫做擠出機。在列印過程中，擠出機要不斷向噴頭提供塑料絲，因此擠出機也要配一個步進電機進料齒輪，用來進料。為了讓進料齒輪和塑料絲之間有一定的驅動力，又不夾得太緊卡死，需要精確的配合間隙調整。這一間隙可以用精密的機床來加工，也可以參考whiteAnt的結構使用手工加工的零件調整鬆緊。

whiteAnt的機械結構模型（來自）

擠出機的進料結構，上面是黃銅進料齒輪，下面這個圓盤是可以自由轉動的V槽滑輪軸承，側面有導引用的V型槽

如果是自己手工製作，可以考慮用膠合板這樣的材料，既便於加工又有一定的機械強度。如果找工廠代工製作零件，可供選擇的材料就很多了。比較推薦的材料是亞克力板，它機械強度高、重量輕、便於加工。如果自己有臺鑽的話，可以自行使用工具在壓克力板上鑽孔。還可以使用金屬，比如鋁合金或者不鏽鋼。也可以像RepRap那樣，絕大多數結構件使用現成的標準件，只用一些3D列印的零件做連線。這些材料也都可以在淘寶上找到對應的原料商和加工廠。

臺鑽與膠合板

標準件（請忽視其中亂入的小物件）

仿照whiteAnt機械結構的“透鏡”3D印表機，使用亞克力板、膠合板和鐵片製作

“透鏡”使用的是whiteAnt的機械結構，但是為了符合我國國標把whiteAnt的機械引數做了一些相容改造。whiteAnt機械部分的工作量較大，因此建議新手參考RepRap Prusa Mendel的方案。

Tip: 亞克力板熔點較低，鑽孔時不要讓鑽頭的轉速太快，否則摩擦產生的大量熱量會讓它熔化；而且亞克力板不適合做耐高溫的部分，比如載物臺和擠出機的某些部位。

Tip: 找代工的童鞋，請一定要提供符合國家標準的圖紙。

“透鏡”專案圖紙的一部分

擠出機的噴嘴是非常精密的部件，自行設計製造會有一定難度，因此可直接購買。

在載物臺上，你可以考慮加裝一個熱床，這是一塊放在載物臺上用來加熱已經擠出的塑料的電熱板，它的作用是讓已經打印出來的塑料保持較高溫度而減少列印過程中熱脹冷縮造成的變形。由於ABS材料本身性質，使用ABS的3D印表機必須配備熱床。

機械部分組裝完以後，還需要電路部分來驅動機械運轉。

Step 3: 電路部分

預算：700元

參考清單：

電路所需要的電子元件：見具體方案數字萬用表一隻全套焊接工具：包括電烙鐵、烙鐵架、高溫海綿、吸錫器，焊錫等

電路主要由這幾個部分構成：電源；主控微控制器；推動機械結構的步進電機及其驅動電路；裝在擠出機和熱床上的加熱電阻；加熱電阻旁邊的溫度感測器；專門負責通過USB與電腦通訊的晶片；可選的熱床；等等。

組裝電路前，最好練習一下手工焊接的技巧。

RepRap上一些可供選擇的電路設計：_of_electronics

元器件不管是網購，還是到當地電子市場購買，都建議常見的元件儘量一次性購買，這樣可以省下不少運費。

Tip: 有些元器件在國內比較難找，但是可以找到效能相近的替換，例如一種大功率MOS管IRLB8743通常可用國內更常見的IRF3205來代替。

組裝電路時可以把電路焊在洞洞板上，但是這樣做佈線比較麻煩，還會留下不少隱患，因此建議使用印刷電路板（PCB）。大多數開源電路設計都提供了PCB圖。找PCB代工廠打樣還是很划算的，例如在Generation 7 Electronics只要大概一百多塊錢就可以得到五塊樣板子，尺寸小的更便宜。只需要向代工廠提供通用格式的PCB圖就可以了。

PCB到手以後，還需要根據電路設計的物料清單自行購買元件和用到的成品模組，在設計PCB時要給元件和模組留出對應的焊盤和介面空間。

Generation 7 Electronics加工，尚未焊上元器件的PCB板

Tip: 在電路板上焊接元件，注意要按照從低到高的順序進行。

焊上了電阻和瓷片電容的PCB，這樣接下來就可以焊接“海拔”更高的元件了

電路板接近完工的樣子

Tip: 有的元件容易受靜電等因素損壞，例如MOS管，這種元件可以留到最後其他部分電路檢查好了之後再焊上去。這時你可以忽略上一條tip。

Tip:數字萬用表用於測量電路兩點之間是否連通的蜂鳴器檔在檢測短路和斷路時非常有用。

電路中的通訊晶片在正式使用前需要在電腦上安裝驅動。具體的做法是，到通訊晶片官方網站下載驅動和配置工具，把電腦和電路通過USB線相連，連線成功以後，按照晶片說明配置好晶片。如果連線不成功，請檢查線路連線。

MCP2200通訊晶片的配置

如果你想自己設計電路，強烈建議至少參考RepRap網站上比較流行的方案之一。尤其是當微控制器的各引腳定義相同時，可以很方便地把其他的軟體移植到你的電路上。對軟體的討論請看下一節。

Step 4: 軟體部分

預算：20元