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2019.08.21

Stratasys桌面机分享FDM3D打印机的基础硬件知识

Stratasys桌面机

       目前国内做3D打印机(FDM)的到处都是,在淘宝上买3D打印机的时候各式各样的五花八门,让人看得不禁眼花缭乱。但这些打印机所应用的原理,技术手段基本上是大同小异,大部分是国外的仿制品,改改外形、微调结构而已。

作为消费者和使用者的我们来说,需要做的就是了解各种各样的打印机,搞懂3D打印机的基本结构,知道不同打印机的优点、缺点,这样才可以作出最好的选择。下面飞哥给大家简单总结了一些FDM型桌面打印机的基础硬件知识,希望能帮到大家。

3d打印机的基本组成结构:

1)机体框架:机体框架是各款打印机之间差异最大的地方,但总的来说有一个原则是不会违背的,就是结构的刚性!各款打印机主要是采用三角形、矩形来作为机体结构的基本形状。因为打印机工作的时候,x轴、y轴是在不断的运动的,所以为了保证打印机的精度,喷头运动时的动量对机体的影响越小越好!解决方法就是减轻喷头质量和提高机体刚性。

2)机械轴:机械轴就是XYZ轴运动的部件,主要有3种类型:

直角坐标型:XYZ轴成互为直角样子的,X和Y轴通常是由同步带连接步进电机来定位的,Z轴则是由丝杆控制的。

三角爪型:其数学原理是跟直角坐标型一样,用笛卡尔坐标系原理的。只是将X和Y轴通过三角函数来映射到三个爪的位置上。

舵机转动型:舵机转动行型的X和Y轴坐标所运用的数学原理则是采用极坐标系了。跟笛卡尔坐标系不同,所以在控制程序上有完全不同的代码。

从理论上来说不论是笛卡尔坐标系还是极坐标系,所表示空间中的一点都是一样的,也就是说,这些打印机的打印精度是一致的。不存在说用极坐标系的效果就不如笛卡尔坐标系的(不要被商家忽悠哦)。

3)控制电路:控制电路的基本结构是由单片机、步进电机驱动、控制喷嘴热床的场效应管还有各种外出接口构成的。

单片机现在有两大种类:

1)用arduinoMEGA开源硬件作为基础部件,具体参数可以看这里。在单片机外面外加一个集成步进电机驱动、场效应管等外围电路的电路版。主要代表就是Ramps、Ultimaker。这样的好处是减少了维护成本,把控制板分为核心板、扩展板和驱动板,这样在其中某一个板损坏时只需要更换坏的部分就可恢复使用,而且arduinoMEGA的资源较为丰富,扩展功能会比ATMEGA644P、ATMEGA1284芯片要多。这种设计的缺点就是初次投入成本高,而且体积也会比单一控制板要大(原因不用我多说啦,多了一块扩展板是要体积和成本的嘛)。

2)直接用AMTELATMEGA644P、ATMEGA1284等芯片直接将单片机和控制电路做在一起。主要代表是:Sanguinololu、Printrboard、GEN6、Melzi。这样的好处是体积较为小、初始成本稍微比第一类少一点。缺点就是后期维护困难,没有一定的电子维修基础和经验的hold不住。对于小白或者菜鸟来说,这种板能维修的可能性几乎为0。

4)喷嘴、热床

喷嘴主要分为两种:

一种是J-head;J-head的重量较轻,适合用在一些精度要求较高,或者机械轴负载能力较弱的结构中(三角爪型就用这个),而且这个在万能的*宝上价格相对便宜。

另一种是Budaschnozzle;这种喷头有主动散热和被动散热两种方式,MK7喷头就是采用这种结构的主动式散热。makebot、reprappro的机器都是采用这种喷头结构作为默认结构。

当然这两种结构同样也是没有优劣之分,只有适合与不适合之分。我们DIY时可以根据自己实际的需要进行重新组合。

5)挤出机:挤出机主要分为直接挤丝(directdriverExtruder)、齿轮挤丝(Wade'sExtruder)和液体挤出三种类型。

我们平时常用的就是直接挤出和齿轮挤出两类型:

齿轮挤出机:步进电机用个小齿轮带动个大齿轮进行挤丝,这种装置的好处在于对于步进电机的电流,还有参数要求并不是太高,同时由于采用齿轮减速加力,因此挤丝力量会较好。缺点就是这种装置的结构复杂程度较高,维护起来有点麻烦哦。

直接挤丝:步进电机直接接个挤丝轮进行挤丝,这需要用较大扭矩的步进电机。这种结构的优点在于结构简单好维护,但是不适合长距离挤丝(喷头和挤出机之间的距离比较长,有些打印机为提高精度,会尽量减轻喷头的重量的,则需要将挤出机放在机身上,喷头到挤出机之间通过聚聚四氟乙烯管作为导管的,最好用齿轮挤出机)。

6)电源:一般采用的ATX电源(电脑主机电源)、开关电源、Xbox360203w电源。这个只需要考虑电源是否在12-24V,电流是否在8A以上就可以了,整个打印机的最大消耗电源部件是喷嘴和热床,自己在选电源是最好是选质量较好的电脑电源和开关电源。去当地的电子城都会有卖的,一般价钱在100元以下。

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