Dlion3D打印開源教程第2期----FDM3D打印結(jié)構(gòu)類型

作者：二進制創(chuàng)客
        各位D客大家好！敬請關注《Dlion3D打印開源教程》。
        目前在淘寶上賣3D打印機的商家中，大多數(shù)是FDM3D打印機，款式多樣讓人眼花繚亂。其實這些桌面級3D打印機，技術手段基本上是大同小異的。但是作為商家，肯定會對自己所賣的產(chǎn)品有些廣告成分（這個無可厚非），作為消費者和使用者的我們來說，選擇功能和價錢都合適自己的打印機才是最重要的�；�2000塊錢DIY一臺開源的或者花20000塊錢買一臺現(xiàn)成的CUBE 這個是個人選擇。我們不需要在這里爭這個，我們需要做的是對各種各樣的打印機有所了解，知道優(yōu)點、缺點，這樣才可以作出最好的選擇�；�本上開源的FDM3D打印機主要是以結(jié)構(gòu)為區(qū)分，我們先來了解一下開源3D打印機的發(fā)展史。

開源3D打印發(fā)展史
       3d打印機的結(jié)構(gòu)可以從開源打印機的第一代說起reprap1.0 darwin， 如下圖。

reprap1.0 darwin

       看起來可能挺嚇人，其實沒那么復雜，最外面是個立方體樣子的框子，中間那一塊木板是打印物體的支撐平臺，這個平臺四個角都架在螺桿上，摞桿靠皮帶帶通，同步旋轉(zhuǎn)，這樣平臺就可以保持水平的基礎上升降。 上面那個是打印頭，可以水平方向做平面運動，打印頭的水平運動和平面的升降結(jié)合起來，最終形成3維的物體。 因此一個3d打印機的結(jié)構(gòu)，主要是有支持這三個方向的直線運動機構(gòu)。
       reprap的打印機看起來都挺復雜，是因為設計者的初衷就是想讓機器能夠復制自己，因此希望各個組成部分都可以通過3d打印得到（僅僅是理想，實際還差挺遠）。因此設計了光桿框架結(jié)構(gòu)的支撐。從實用性上來講，這種框架結(jié)構(gòu)，首先對裝配調(diào)結(jié)的要求就很高，其次，主要部件包括電路板都外露，像個半成品。
       因為方形的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和調(diào)整困難，所以第二代reprap 改成了三角框架結(jié)構(gòu) ，如下圖：

RepRap_Mendel

    這種框架結(jié)構(gòu)下，打印頭可以在水平一個方向運動，同時能在垂直方向運動，支撐平臺不需要垂直運動了，只要在另外一個水平方向上運動，組合起來就能實現(xiàn)三維的運動。這里可以看出三維打印機機械設計的原則，把三個方向的運動分解組合實現(xiàn)。

因為reprap的機器設計的不像成品，限制了其使用范圍，reprap團隊的成員參與創(chuàng)辦了另外一家公司，就是目前很火的makerbot。 makerbot 用切割過的木板做殼體，取代了簡單的框架結(jié)構(gòu)，做出來的打印機有點像商業(yè)產(chǎn)品了，比如makerbot第一代：

makerbot第一代

makerbot后面的版本逐步改進機械結(jié)構(gòu)，第二代增大的打印尺寸，提供了自動傳輸帶方式的連續(xù)打印，第三代引入了雙打印頭。昨天剛剛推出的第四代，全面更新了軟硬件，引入了金屬框架，并且不再開源了。據(jù)說，Makerbot的聯(lián)合創(chuàng)始人Zach Smith，2012年5月離開自己參與創(chuàng)辦的公司，來到寨都深圳，來傳播自己硬件開源的理念。

主流桌面3D打印類型
目前主流的3D打印機按照傳動方式來主要分為3種：XYZ型、CoreXY型和delta型。

XYZ型
XYZ型3D打印機的特點三軸傳動互相獨立：三個軸分別由三個步進電機獨立控制（有些機器Z軸是兩個電機,傳動同步作用）。開源的reprap系列、Ultimaker 、printrbot 還有曾經(jīng)開源的Makebot系列機器，都是采用XYZ型結(jié)構(gòu)。

Reprap

Ultimaker

printrbot

Makebot

總體來說，XYZ結(jié)構(gòu)清晰簡單，獨立控制的三軸，使得機器穩(wěn)定性、打印精度和打印速度能維持在比較高的性能。
CoreXY型
       CoreXY結(jié)構(gòu)是由Hbot結(jié)構(gòu)改進來的。Hbot結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點，速度快，沒有X軸電機一起運動的負擔，還有就是可以做得更小巧，打印面積占比更高。

Hbot傳動示意圖

CoreXY結(jié)構(gòu)還是鮮為人知，采用XY聯(lián)動結(jié)構(gòu)（除了Z軸以外，XY軸都是兩個步進電機協(xié)調(diào)配合進行傳動），使得3D打印機傳動效率更高，能設計出更加低功耗的3D打印機。

CoreXY 打印機

CoreXY 傳動示意圖

       兩個傳送皮帶也很有意思，它們看上去是相交的，其實是在兩個平面上，一個在另外一個上面。而在X、Y方向移動的滑架上則安裝了兩個步進馬達，使得滑架的移動更加精確而穩(wěn)定。

delta型
       delta型也叫并聯(lián)臂結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)最早是由瑞士洛桑理工學院（EPFL）的Reymond Clavel教授在上世紀80年代發(fā)明的Delta式結(jié)構(gòu)。最早的Delta式并聯(lián)機械臂主要用來設計一種能以很快速度操作輕小物體的機器人。Delta式并聯(lián)機械臂，這是一種通過一系列互相連接的平行四邊形來控制目標在X、Y、Z軸上的運動的機械結(jié)構(gòu)。近年來這種機械結(jié)構(gòu)的應用日益廣泛，特別是它具有適應狹小空間，并能在其中有效工作的能力。1987年瑞Demaurex公司首先購買了delta機器人的知識產(chǎn)權(quán)并將其產(chǎn)業(yè)化，主要用于巧克力、餅干、面包等食品包裝，后來由于硬件和軟件工程的發(fā)展帶來的技術和制造成本下降，很多創(chuàng)客在設計自己的3D打印機是借鑒了這種Delta并聯(lián)式機械臂的特點，于是就出現(xiàn)了如今我們常見的外形接近三角形柱體的Delta式3D打印機，玩家們稱為三角洲打印機。

delta型打印機

       在同樣的成本下，采用delta型能設計出打印尺寸更高的3D打印機。三軸聯(lián)動的結(jié)構(gòu)，傳動效率更高，速度更快。但是由于delta的坐標換算是采用插值的算法，弧線是用很多條小直線進行插值模擬逼近的，小線段的數(shù)量直接影響著打印的效果，造成delta的分辨率不足打印精度相對略有下降。