一篇做3D打印機(jī)的大學(xué)畢業(yè)論文：微型FDM型3D打印機(jī)的研制

姓  名           丁 萬      
摘要
　　　FDM快速成型技術(shù)，是3D打印技術(shù)的一種,，它利用熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲,，將熔融狀態(tài)的細(xì)絲采用層層堆棧的方式，從3D CAD資料直接建構(gòu)原型的技術(shù),。微型FDM型3D打印機(jī)是在FDM技術(shù)的理論基礎(chǔ)上,，研制成的一種桌面級(jí)的3D打印機(jī)，它為《特種加工》課程提供教學(xué)用具,。本文在綜合介紹FDM型3D打印機(jī)基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上,，重點(diǎn)介紹了打印原理及打印機(jī)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析,。自制FDM型3D打印機(jī)遵循了3D打印機(jī)開源的設(shè)計(jì)理念,，同時(shí)讓設(shè)計(jì)者在動(dòng)手實(shí)踐中不斷修改并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，滿足自身創(chuàng)新與創(chuàng)意的需要,。

關(guān)鍵詞：FDM技術(shù)  快速成型  3D打印機(jī)  特種加工  開源

Abstract
　　　FDM rapid prototyping techniques, a 3D printing technology, which uses a thermoplastic material extruded into filaments by a semi-molten state, the filaments molten state with the method of layer upon layer stack, constructing a prototype technology directly from 3D CAD data. FDM 3D printer is a miniature model based on the theory FDM technology,developed into a desktop 3D printer, it provides teaching aids for the“special processing”courses.This paper describes a comprehensive FDM 3D printer basic content type,based on the principles and focuses on the structure of the printer to print, and its structure was analyzed in detail.Homemade FDM type 3D printer follows the design philosophy of open source, while allowing designers to continually modify and optimize the design of the hands-on practice, and innovative ideas to meet their own needs.

Keywords:  FDM technology  Rapid prototyping  3D printer  
　　　       Special processing  Open source

目   錄
第1章   前言        4
1.1 課題的背景和意義        4
1.2 FDM型3D打印機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r        4
1.3 本課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容        5
第2章  FDM型3D打印機(jī)打印原理及結(jié)構(gòu)分析        6
2.1 打印原理        6
2.2 結(jié)構(gòu)分析        6
2.2.1 機(jī)械部分        6
2.2.2 電路部分        9
2.2.3 軟件部分        11
第3章   主要零部件選擇,、電路測(cè)試過程        16
3.1 主要零部件選擇        16
3.1.1 電機(jī)的選擇        16
3.1.2 擠出頭的選擇        17
3.1.3 送絲機(jī)構(gòu)的選擇        17
3.1.4 打印材料的選擇        18
3.2 電路測(cè)試過程        18
3.2.1 測(cè)試準(zhǔn)備        18
3.2.2  連接電路板及測(cè)試電路        19
第4章  打印機(jī)的組裝及打印運(yùn)行        20
4.1 打印機(jī)的組裝        20
4.2 打印運(yùn)行        21
結(jié)論        22
謝辭        23
參考文獻(xiàn)        24

第1章   前言
1.1課題的背景和意義
　　　3D打印機(jī)（3D Printers）是一位名為恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發(fā)明家設(shè)計(jì)的一種不同于普通打印機(jī)的機(jī)器，它是一種以數(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)。3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同,，只是打印材料不同,，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬,、陶瓷,、塑料、砂等不同的“打印材料”,，是實(shí)實(shí)在在的原材料,，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來,，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物,。
　　　3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn),，而3D打印機(jī)的出現(xiàn),，將會(huì)顛覆這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時(shí)候不再考慮生產(chǎn)工藝問題,，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過3D打印機(jī)來實(shí)現(xiàn),。它無需機(jī)械加工或模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體,， 從而極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,，提高了生產(chǎn)率。
　　　FDM技術(shù)利用熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲,，由沉積在層層堆�,；�礎(chǔ)上的方式，從3D CAD資料直接建構(gòu)原型,。FDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，設(shè)計(jì)容易，制造成本,、維護(hù)成本和材料成本低,，對(duì)環(huán)境無污染，因此FDM也是在家用的桌面級(jí)3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù),。自制微型FDM型3D打印機(jī),，能夠?yàn)椤短胤N加工》課程在課堂上提供教學(xué)用具，為老師在課堂授課提供方便,，也能使學(xué)生對(duì)FDM型3D打印機(jī)的了解更加深入,。
1.2 FDM型3D打印機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
　　　國外占據(jù)3D打印產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位的美國3D systems、stratasys等公司,，每年都投入1000多萬美元研發(fā)新技術(shù),，研發(fā)投入占銷售收入的10%左右,。兩家公司不僅研發(fā)設(shè)備、材料和軟件,，而且以簽約開發(fā),、直接購買等方式，獲得大量來自企業(yè)外部的相關(guān)細(xì)分技術(shù),、專利,，已掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)。目前,，世界主要發(fā)達(dá)國家紛紛開始布局,，陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策和投資發(fā)展計(jì)劃，大力發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè),，旨在占領(lǐng)新工業(yè)革命的前沿陣地,。一方面，美國總統(tǒng)奧巴馬在“國情咨文”中多次提及3D打印,，并籌劃建立3D打印國家創(chuàng)新中心,，旨在提升美國制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面,，從歐美各國最新的太空探索計(jì)劃中,，也可以看到對(duì)3D打印技術(shù)相關(guān)項(xiàng)目的巨額資助。
國內(nèi)部分企業(yè)對(duì)FDM型3D打印機(jī)對(duì)外國的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn),，不斷　　　完善3D打印機(jī),。如閃鑄公司基于Makerbot機(jī)型開發(fā)的產(chǎn)品Creater。它改進(jìn)了擠出頭中喉管的制作工藝,，使耗材融化后能夠順利的流動(dòng),，且凝固后不易沉積。擠出頭全新的擠出組件使塑料絲不易打滑,，送絲精確,。但是，國內(nèi)企業(yè)購置3D打印設(shè)備的數(shù)量非常有限,，應(yīng)用范圍狹窄,。在機(jī)械、材料,、信息技術(shù)等工程學(xué)科的教學(xué)課程體系中,，缺乏與3D打印相關(guān)的必修環(huán)節(jié)，3D打印停留在部分學(xué)生的課外興趣研究層面,，綜合來看,，自制微型FDM型3D打印機(jī)對(duì)促進(jìn)老師課堂教學(xué)以及學(xué)生對(duì)3D打印機(jī)的深入了解具有十分重要的意義。
1.3 本課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
　　　根據(jù)收集的FDM型3D打印機(jī)的相關(guān)資料，了解3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)的具體組成,，包括機(jī)械部分,、電路部分及軟件部分。機(jī)械部分學(xué)習(xí)了解步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制,、機(jī)床的結(jié)構(gòu),，重點(diǎn)研究打印頭的結(jié)構(gòu)，以及影響打印頭打印精度的因素,，并將整理好的零部件組裝，制作出一臺(tái)完整的FDM型3D打印機(jī)實(shí)物,；電路部分需要了解相關(guān)電路板的知識(shí),，并在網(wǎng)上購買電路板，組裝電路板,；軟件部分包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件,，上位機(jī)軟件，即運(yùn)行在電腦上的軟件,，分為2大部分,，切片和控制；下位機(jī)軟件,，即運(yùn)行在3D打印機(jī)主板上的軟件,，主要做電機(jī)控制，軟件算法和通信,，在3D打印機(jī)中為Marlin固件,。
　　　本課題組共兩人，作者主要負(fù)責(zé)對(duì)FDM型3D打印機(jī)的研制,。

近端送絲就是將擠出機(jī)安裝在打印頭上,，材料由擠出機(jī)直接擠入喉管，在鋁塊中融化由噴嘴噴出打印,。這種安裝方式由于擠出機(jī)與打印頭一起運(yùn)動(dòng),，打印頭質(zhì)量大，打印時(shí)慣性也大,，容易使打印不精確,，采用近端送絲對(duì)導(dǎo)軌的剛度要求也比較高。圖3-5為遠(yuǎn)端送絲,，遠(yuǎn)端送絲是將擠出機(jī)安裝在離擠出頭較遠(yuǎn)位置,，一般安裝在打印機(jī)框架上，而不是安裝在擠出頭上,，與近端送絲相比較,，遠(yuǎn)端送絲需要較大扭矩，才能將材料擠入打印頭中,，它減輕了打印噴頭重量,，提高了打印速度和精度，但是由于擠出機(jī)離打印頭位置較遠(yuǎn),，一般需要安裝減速部件與增大扭矩的部件,。經(jīng)過考慮，作者采用較為簡(jiǎn)單的近端送絲機(jī)構(gòu),。3.1.4 打印材料的選擇
　　　FDM型3D打印機(jī)使用的材料一般有兩種：PLA（聚乳酸）與ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）,，兩種材料在未打印呈絲狀時(shí)，外觀很接近,，幾乎不可區(qū)分,，如圖3-6為材料外觀，兩種材料均有1.75mm與3mm兩種類
                 型的直徑,，作者選擇直徑為1.75mm的材料,。下面對(duì)兩種材料的區(qū)別作簡(jiǎn)要介紹。
　　　PLA是晶體,，ABS是一種非晶體,。PLA加工溫度是200℃，ABS在220℃以上,。當(dāng)加熱PLA時(shí),，材料像冰凍的水一樣，直接從固體變?yōu)橐后w,。加熱ABS時(shí),，材料會(huì)慢慢轉(zhuǎn)換成凝膠液體，不經(jīng)過狀態(tài)改變。因?yàn)闆]有相變,，ABS不吸噴嘴的熱能,。部分PLA，使噴嘴堵塞的風(fēng)險(xiǎn)更大,。
　　　PLA與ABS相比較,，PLA具有以下優(yōu)點(diǎn)：
PLA可以在沒有加熱床情況下打印大型零件模型而邊角不會(huì)翹起。
PLA具有較低的收縮率,，即使打印較大尺寸的模型時(shí)也表現(xiàn)良好,。
PLA具有較低的熔體強(qiáng)度，打印模型更容易塑形,，表面光澤性優(yōu)異,，色彩艷麗。
PLA在打印時(shí)為棉花糖氣味,，不像ABS那樣有刺鼻的不良?xì)馕丁?br /> PLA是一種新型的生物降解材料,，處理時(shí)不會(huì)像ABS那樣,，產(chǎn)生有毒氣體,，污染環(huán)境。
　　　由于PLA打印時(shí)有以上一些優(yōu)點(diǎn),，作者在制作3D打印機(jī)時(shí)也沒有使用加熱床,，因而優(yōu)先選用了PLA材料。
3.2 電路測(cè)試過程
3.2.1 測(cè)試準(zhǔn)備
　　　在連接電路和調(diào)試之前,，需要做一些準(zhǔn)備工作,，以保證打印機(jī)調(diào)試過程的順利進(jìn)行。
　　　打開軟件Arduino IDE,，用來將固件傳輸?shù)街骺匕迳�,，傳輸方法：在Arduino IDE中選擇Tools→Boards→Arduino Mega 2560，然后選擇串口Toolss→Serials ports→相應(yīng)的串口,，點(diǎn)擊編譯并下載到板子上,，注意，編譯下載前,，確定固件中兩行代碼已經(jīng)過修改,，改動(dòng)后的代碼為：#define BAUDRATE 250000，#define MOTHERBOARD 33,。這兩行代碼的意義在固件中已作解釋,，這里不再作說明。固件在進(jìn)行上傳的時(shí)候,，主控板上的LED燈會(huì)不停的閃,，等待上傳完成，就可以進(jìn)行電路板的連接及測(cè)試了。
3.2.2  連接電路板及測(cè)試電路
　　　斷開USB數(shù)據(jù)線,，將Ramps 1.4拓展板連接到主控板上,，注意不要連接錯(cuò)誤，Ramps上背面的插針應(yīng)該都連接到主控板才對(duì),。然后連接熱敏電阻到板子相應(yīng)位置,，此時(shí)打開Pronterface軟件，選擇串口（一般是最后一個(gè)）,，設(shè)置波特率為250000,，點(diǎn)擊連接，如果正常,，右側(cè)會(huì)有連接成功的提示文字,，并且下面的操作步驟將可以正常進(jìn)行了。
　　　通過Pronterface軟件上的“check temp”（讀取溫度）,，可以獲得熱敏電阻的溫度,，因?yàn)闊崦綦娮枋侵苯舆B上的，所以讀取的溫度應(yīng)接近所在實(shí)驗(yàn)室的室溫,，如果讀取值為0,，則表示連接有誤，需檢查,。
　　　雖然沒有連接加熱頭,，但可以進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試，首先連接12V的電源,，然后設(shè)置加熱頭的溫度為185℃,，此時(shí)拓展板上有紅色的LED燈會(huì)亮，說明這部分電路正常,，關(guān)掉即可,。然后在Pronterface軟件右下角輸入命令M106 S255點(diǎn)擊發(fā)送，這個(gè)命令用來打開風(fēng)扇控制,，此時(shí)風(fēng)扇會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),，拓展板上另一個(gè)紅色LED燈會(huì)亮，輸入M107點(diǎn)發(fā)送可以關(guān)掉風(fēng)扇,。
　　　接下來進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的測(cè)試,，斷開電源，將A4988驅(qū)動(dòng)板接入Ramps1.4板子,，注意插入方向是否正確,，否則可能會(huì)燒壞電路板。這時(shí),，至少應(yīng)該有一個(gè)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試,，電機(jī)接線用萬用表200Ω檔測(cè)電阻,，兩線間有電阻則為同相，同相鄰接,，一般也可按電機(jī)線紅藍(lán)綠黃顏色的順序依次連接,。連線完成后，接通電源,，通過Pronterface嘗試讓電機(jī)動(dòng)起來,，比如將電機(jī)接到X軸上，點(diǎn)擊X軸電機(jī)+10mm,，電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),，點(diǎn)擊－10mm，電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn),。用同樣的方式可以測(cè)試Y軸和Z軸,，注意，更改測(cè)試的電機(jī)時(shí)應(yīng)該關(guān)閉電源,，連線完畢后再打開電源,。擠出電機(jī)當(dāng)溫度達(dá)不到時(shí)是不能測(cè)試的，可以將其A4988驅(qū)動(dòng)板安裝到XY或Z上進(jìn)行測(cè)試,，以保證驅(qū)動(dòng)器的正常,。

第4章  打印機(jī)的組裝及打印運(yùn)行
4.1 打印機(jī)的組裝
　　　3D打印機(jī)的組裝過程，就是將已經(jīng)準(zhǔn)備的零部件按照一定的順序和步驟逐步安裝起來,，最后形成一臺(tái)完整打印機(jī)的過程,。圖4-1為一臺(tái)理論標(biāo)準(zhǔn)制作的3D打印機(jī),，圖4-2為作者安裝完后的打印機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖,，下面介紹打印機(jī)的組裝過程。
                                     
     圖4-1 標(biāo)準(zhǔn)3D打印機(jī)            圖4-2 打印機(jī)實(shí)際組裝圖
　　　首先作者進(jìn)行打印機(jī)框架的組裝,，如圖4-2所示,，將準(zhǔn)備好的12根鋁型材，底面和頂部分別使用4根,，豎直方向也使用4根,，使用圖4-3所示的
   
　　　    圖4-3  直角連接件              圖4-4   滑塊
直角連接件、圖4-4所示的滑塊連接,，用螺栓擰緊固定,，構(gòu)成打印機(jī)的基本框架。
　　　然后開始搭建XY軸所在平面,，與組裝打印機(jī)外部框架相似,，將8根鋁型材相互連接，并安裝上光桿與箱式軸承滑塊,，安裝擠出頭的鋁型材固定在兩根光桿中間,，并連接上同步帶與XY軸步進(jìn)電機(jī),，XY軸所在平面也是由直角連接件和滑塊，固定在打印機(jī)的外部框架上,。圖3-1中,，步進(jìn)電機(jī)由電機(jī)座安裝在鋁型材上，在第二章中作者已經(jīng)介紹,，擠出頭通過螺紋與滑塊連接,，滑塊由電機(jī)帶動(dòng)，在直線導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),。

　　　前面已經(jīng)提到,，作者制作時(shí)使用XY軸所在平面的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，固定其中一個(gè)方向,，讓另一個(gè)方向在Z方向運(yùn)動(dòng),，由此替代絲桿的傳動(dòng)。由此,，打印臺(tái)的Z方向運(yùn)動(dòng)也就確定了,。由于作者未購買打印臺(tái)，作者用方形木板代替打印臺(tái)進(jìn)行打印,。
4.2 打印運(yùn)行
　　　電路連線測(cè)試完畢,，以及機(jī)器組裝均完成后，就可以打印三維模型了,。如圖4-5,，作者用solidworks畫了一個(gè)20×20×8的長方體塊，保存的STL文
         
圖4-5  長方體模型
件在切片軟件中打開,，然后發(fā)送G代碼到Pronterface中,，點(diǎn)擊連接進(jìn)行打印。
　　　第一次打印失敗,，原因是作者用限位開關(guān)找打印原點(diǎn)時(shí),，限位開關(guān)的位置設(shè)置不夠精確，使得Z方向上噴嘴最下端與打印臺(tái)距離相距過大,，材料未成功粘到打印臺(tái)上,。由于手動(dòng)肉眼調(diào)整限位開關(guān)位置，所以誤差存在也比較正常,，需要多次調(diào)整找正原點(diǎn)位置,。
　　　經(jīng)過多次測(cè)試，在成功找正原點(diǎn)后,，再次運(yùn)行,，第一層材料順利粘接到打印臺(tái)上，但打印過程中作者發(fā)現(xiàn),，打印第一層以上各層時(shí),，噴嘴下端進(jìn)入被加熱熔化的材料中,，使噴嘴拖動(dòng)材料在打印臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，也未打印出完整模型,。作者在切片軟件中將每層打印高度由0.3設(shè)置為0.4,，此時(shí)打印精度比較前面有很大改觀。

結(jié)論
　　　在做畢業(yè)的這將近一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里,，作者從收集資料做起,，通過各種途徑收集有關(guān)FDM型3D打印機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，然后從中篩選,，整理出制作3D打印機(jī)有用的資料,，然后集中學(xué)習(xí)整理的相關(guān)資料，購買相關(guān)硬件器材,，學(xué)習(xí)使用打印需要的軟件,，一步步安裝打印機(jī)，調(diào)試打印機(jī),，到最后運(yùn)行打印過程,，并打印出完整的模型。不懈的努力有了令人滿意的結(jié)果,，自制3D打印機(jī)的過程是一個(gè)動(dòng)手的過程,，通過動(dòng)手制作的鍛煉，讓作者的動(dòng)手能力得到了極大的提高,，也增強(qiáng)了作者綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)以解決實(shí)際問題的能力,。
　　　這是作者初次進(jìn)行這種比較正式的設(shè)計(jì)，由于設(shè)計(jì)的時(shí)間比較短,，理論知識(shí)水平也十分有限,，在許多方面作者的了解還不夠透徹，可能把握全局的目光還不夠長遠(yuǎn),，所以自制的3D打印機(jī)還存在不少缺點(diǎn),。
　　　在第一次運(yùn)行打印機(jī)時(shí)作者失敗了,，通過總結(jié)知道,，原因出在限位開關(guān)上，找打印原點(diǎn)時(shí),，限位開關(guān)的位置設(shè)置不夠精確,，使得Z方向上噴嘴最下端與打印臺(tái)距離相距過大，材料未成功粘到打印臺(tái)上,，作者通過多次調(diào)整找正原點(diǎn)位置,，但這種方式比較麻煩，可以使用光電開關(guān)代替限位開關(guān),，這樣精度會(huì)更高,。后來,，在打印過程中作者發(fā)現(xiàn)，打印第一層以上各層噴嘴下端進(jìn)入被加熱熔化的材料中,，使噴嘴拖動(dòng)材料在打印臺(tái)上運(yùn)動(dòng),，也未打印出完整模型。在切片軟件中將每層打印高度的設(shè)置更改后,，打印精度比較前面有很大改觀,，這說明切片軟件的設(shè)置對(duì)打印精度的影響尤為重要，但切片軟件參數(shù)的設(shè)置比較需要打印者的經(jīng)驗(yàn),，通過打印者在實(shí)際操作中不斷總結(jié),，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，提高打印精度,，由于作者接觸打印機(jī)的時(shí)間還比較短,，經(jīng)驗(yàn)還不足，所以打印精度也不夠高,。另外,，在打印時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)打印頭的震動(dòng)很大,，這無疑也會(huì)影響打印的精度,，其原因是打印機(jī)組成零部件的精度不高，零部件表面也比較粗糙,，如導(dǎo)軌不夠光滑,，滑塊本身粗糙度大等等，可以選用更為精密的零件,，以提高打印精度,。打印機(jī)的運(yùn)行是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程，所以還有很多方面可以調(diào)整與改進(jìn),。
　　　打印機(jī)的成功設(shè)計(jì)是小組成員共同努力的結(jié)果,，也離不開導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)，從中作者知道了團(tuán)隊(duì)合作的重要性,，這也提高了制作者的團(tuán)隊(duì)合作能力,。作者主要負(fù)責(zé)的是3D打印機(jī)研制的相關(guān)內(nèi)容，即制作出一臺(tái)完整的3D打印機(jī),，通過動(dòng)手實(shí)踐,，作者知道了3D打印機(jī)的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，在思考與操作的過程中,，以前作者所學(xué)的知識(shí)也得到了綜合運(yùn)用和復(fù)習(xí),，讓作者對(duì)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)新的高度。

謝辭
　　　三個(gè)多月的時(shí)間里,，通過不斷的努力,，在張可維老師的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)馮杰的共同支持下,，與作者共同研制出了一臺(tái)微型FDM型3D打印機(jī)。
　　　這段時(shí)間的學(xué)習(xí)讓作者倍感充實(shí),，在打印機(jī)制作前期,，作者收集各方面的資料，準(zhǔn)備了很長一段時(shí)間,，這段時(shí)間的學(xué)習(xí),，讓作者對(duì)3D打印機(jī)有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)在不斷學(xué)習(xí)的過程中,，作者對(duì)3D打印機(jī)的興趣也越來越濃厚,，這促使作者更渴望制作一臺(tái)完整的3D打印機(jī)。由于是初次進(jìn)行這種比較正式的設(shè)計(jì),，在許多方面作者可能了解還不夠透徹,，目光也不夠長遠(yuǎn)，但在老師的鼓勵(lì)與幫助下,，作者學(xué)會(huì)動(dòng)手制作出一臺(tái)完整的機(jī)器,，把所學(xué)的各方面的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)踐中，這對(duì)于作者來說是前所未有的,。
　　　在這三個(gè)多月的時(shí)間里,，導(dǎo)師張可維老師給了作者巨大的幫助，而且在作者組裝打印機(jī)的最后階段,，每天晚上都與作者共同工作到很晚才回家,，辛苦敬業(yè)，在此特別向張老師表示衷心的感謝,！
　　　　由于知識(shí)有限和初次進(jìn)行比較正式的設(shè)計(jì),，本文難免有錯(cuò)誤之處，望老師和同學(xué)批評(píng)指正,，謝謝,！


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第2章  FDM型3D打印機(jī)打印原理及結(jié)構(gòu)分析
2.1 打印原理
　　　FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉積成型工藝）是目前比較成熟的快速成型工藝中的一種技術(shù),，它是繼LOM（分成物體制造）工藝和SLA（激光快速成型）工藝之后發(fā)展起來的一種3D打印技術(shù),。FDM工藝的基本原理為FDM INSIGHT軟件自動(dòng)將3D數(shù)模（由CATIA或UG、PRO-E等三維設(shè)計(jì)軟件得到）分層,，自動(dòng)生成每層的模型成型路徑和必要的支撐路徑,。熱融頭將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來,，由于成型室保持一定的溫度,，該溫度下熔融的材料既可以有一定的流動(dòng)性又能保證很好的精度。一層成型完成后,，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層,，如此直到工件完成。
　　　FDM快速成型技術(shù)利用熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲,，由沉積在層層堆�,；�礎(chǔ)上的方式，從3D CAD資料直接建構(gòu)原型,。FDM可采用的成型材料很多,，如改性后的石蠟、(丙烯腈／丁二烯／苯乙烯)共聚物(ABS),、尼龍,、橡膠等熱塑性材料，以及多相混合材料,，如金屬粉末,、陶瓷粉末、短纖維等與熱塑性材料的混合物,。其中PLA（聚乳酸）具有較低的收縮率,，打印模型更容易塑形，以及可生物降解等優(yōu)點(diǎn),，現(xiàn)今大多數(shù)桌面FDM型3D打印機(jī)均采用這種材料,。
2.2 結(jié)構(gòu)分析
2.2.1 機(jī)械部分


　　　FDM型3D打印機(jī)的機(jī)械部分最為復(fù)雜，涉及到的零部件也比較多,，如圖2-1,，為3D打印機(jī)完整結(jié)構(gòu)圖,，制作一臺(tái)完整的FDM型3D打印機(jī)，簡(jiǎn)單來說,，首先需要制作3D打印機(jī)的外部基本框架結(jié)構(gòu),，在此框架上才能安裝搭建其它零部件,。3D打印機(jī)可以采用激光切割后的實(shí)木板或者鋁型材作為機(jī)器的框架,，如圖2-2、圖2-3中所示,，這里,，作者采用實(shí)驗(yàn)室已有的材料鋁型材搭建打印機(jī)的框架。


　　　框架組裝完成后,，接著需要在框架上搭建一個(gè)三軸聯(lián)動(dòng)的平臺(tái),，即控制打印頭在X、Y方向的運(yùn)動(dòng),，打印臺(tái)在Z方向的運(yùn)動(dòng),，X、Y軸分別采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),，步進(jìn)電機(jī)與同步帶相連,，圖2-4中，滑塊一端固定在圖2-5中的同步帶上,，通過光桿的導(dǎo)向作用,，同步帶帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)打印頭在X,、Y軸的運(yùn)動(dòng),。


　　　同樣，Z軸采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),，如圖2-6,，步進(jìn)電機(jī)與絲桿相連，帶動(dòng)絲桿在Z軸運(yùn)動(dòng),，同時(shí)Z軸需要安裝兩根光桿,，起導(dǎo)向作用，通過這些結(jié)構(gòu),，帶動(dòng)打印臺(tái)在Z方向運(yùn)動(dòng),。圖2-7中所示，由于實(shí)驗(yàn)室另外有多余的XY軸的運(yùn)動(dòng)平臺(tái),，只需固定其中一個(gè)方向,，讓另一個(gè)方向在Z方向運(yùn)動(dòng)，由此替代絲桿的傳動(dòng),。


　　　對(duì)于3D打印機(jī)而言,，擠出頭是其核心的部件，就市面上比較有名的FDM型3D打印機(jī)而言，大多數(shù)采用加熱棒對(duì)鋁塊進(jìn)行加熱,。圖2-8中,，塑料絲通過擠出機(jī)將絲從進(jìn)口端擠入，通過喉管導(dǎo)向,，到達(dá)鋁塊,，經(jīng)過熔化，進(jìn)入噴嘴,，最后由噴嘴擠出,。由于喉管內(nèi)徑比塑料絲直徑稍大，故融化后的塑料絲在進(jìn)端進(jìn)絲壓力作用下較易從噴嘴擠出,。鋁塊內(nèi)部裝有熱敏電阻來讀取溫度進(jìn)而由主控板來控制溫度,，保證溫度在塑料絲的熔融溫度之上。


打印頭中的喉管由不銹鋼制造,，是為了降低其導(dǎo)熱性能,，不銹鋼喉管有些內(nèi)部還襯有鐵氟龍，由于擠出頭長期加熱打印致使吼管內(nèi)部溫度升高,，導(dǎo)致管內(nèi)料也處在熔融狀態(tài),，當(dāng)停止打印冷卻后，材料就黏結(jié)在管內(nèi),，下次重新開機(jī)打印時(shí),，管內(nèi)黏著料不能馬上融化，使喉管出現(xiàn)堵料現(xiàn)象 ,，喉管內(nèi)部襯鐵氟龍,，使喉管內(nèi)料都不會(huì)熔融黏著 ，能大大改善堵頭問題,。同時(shí)作者在擠出頭外加散熱片和風(fēng)扇,，主要也是為了降低喉管上部的溫度，防止堵頭問題,，也可以為擠出機(jī)散熱,。加熱熔化后的塑料絲由噴嘴擠到打印臺(tái)上，如果為了減少塑料因溫度驟減而發(fā)生翹邊和收縮等不良現(xiàn)象,，作者可以將打印臺(tái)做成加熱床,，床內(nèi)有熱敏電阻與電路板相連，來控制加熱床的溫度,，為了節(jié)約制作成本,，作者就不使用加熱床了。
2.2.2 電路部分
　　　3D打印機(jī)電路部分在打印機(jī)中起的作用是控制整個(gè)打印過程協(xié)調(diào),、有序,、完整的運(yùn)行,。FDM型3D打印機(jī)電路部分主要包括Arduino mega 2560主控板，Ramps 1.4拓展板以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板,。下面對(duì)它們的基本參數(shù)和作用,，作如下介紹。
a) Arduino Mega 2560主控板


　　　Arduino Mega 2560主控板的微控制器為atmega2560,，工作電壓為5V,，數(shù)字I/O引腳為54個(gè)，模擬輸入引腳為16個(gè),，每個(gè)I/O引腳的直流電流為50毫安,，主控板是3D打印機(jī)的大腦,，負(fù)責(zé)控制整個(gè)打印機(jī)來完成特定的動(dòng)作,，如打印特定的文件等。這里需要說明,，拓展版給主控板供電的二級(jí)管不焊接,，也就是需要單獨(dú)給mega 2560主控板供電，直接使用USB 5V或通過電源接頭供電,。
　　　Arduino是一款便捷靈活,、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（Arduino IDE),，它開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì),，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依個(gè)人需要修改,，它滿足了不同人群創(chuàng)新創(chuàng)意的需要,。3D打印機(jī)運(yùn)行前，需要在Arduino IDE中下載Marlin固件,，根據(jù)需要修改固件中部分參數(shù)來滿足打印的要求,。
b) Ramps 1.4拓展版
拓展板Ramps 1.4插在主控板上，通過插針與主控板相連,，有了它是為了更好的與其它硬件進(jìn)行連接和控制,，起到過渡橋梁的作用。拓展板需要接兩個(gè)12V電源,，其中一個(gè)為11A,，為加熱床供電,，另一個(gè)為5A，為擠出　　　機(jī)、各軸電機(jī)及風(fēng)扇等元件供電,，由于作者未使用加熱床，只使用一個(gè)12V,、5A電源即可,。Ramps 1.4拓展板上還有風(fēng)扇輸出與加熱棒輸出指示的LED,，擠出機(jī)與各軸電機(jī)均通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板A4988由主控板控制，由于作者采用單機(jī)頭打印機(jī),，擠出機(jī)2電機(jī)接口不用安裝A4988,，位于拓展板右上角，有X,、Y,、Z方向的限位開關(guān)，可以控制打印機(jī)每次工作時(shí)的原點(diǎn),。拓展板的接線如圖2-10中所示,。


c) A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板
　　　A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是用來連接步進(jìn)電機(jī)的，從而實(shí)現(xiàn)主控板對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制,，實(shí)現(xiàn)XYZ軸電機(jī)及擠出機(jī)的動(dòng)作,。A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的特點(diǎn)是，它只有簡(jiǎn)單的步進(jìn)和方向控制接口,，有5個(gè)不同的步進(jìn)模式：全,、半、1/4,、1/8和1/16,，可調(diào)電位器可以調(diào)節(jié)最大電流輸出，從而獲得更高的步進(jìn)率,，有過熱關(guān)閉電路,、欠壓鎖定、交叉電流保護(hù)的功能,，以及接地短路保護(hù)和加載短路保護(hù)的作用,。如圖2-11所示，驅(qū)動(dòng)板通過引腳接插到拓展板中對(duì)應(yīng)的接口上,。
2.2.3 軟件部分
　　　前面作者已經(jīng)知道,，3D打印機(jī)軟件部分包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩大部分，而每部分又有細(xì)分,，通過軟件的運(yùn)行,，作者才能實(shí)現(xiàn)主控板對(duì)打印參數(shù)的設(shè)置及控制。一臺(tái)3D打印機(jī)所有軟件完整運(yùn)行的過程如下：首先,，作者需要在電腦上的三維建模軟件中完成零件的建模,，如Solidworks、
UG,、3D Max等三維軟件,，創(chuàng)建完3D模型以后將文件另存為STL格式，將 STL文件在切片軟件Slic3r中打開,，通過一系列的打印設(shè)置,，進(jìn)行切片產(chǎn)生代碼,，在另一上位機(jī)軟件Pronterface上將代碼打開，并連接主板,，主板上的下位機(jī)軟件為Marlin固件,，運(yùn)行前已提前進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，連接成功后,，主板上的LED燈會(huì)閃爍,，待打印機(jī)上加熱管加熱，溫度升至設(shè)定溫度后開始打印,。下面具體介紹一下打印機(jī)的軟件部分,。
a) 下位機(jī)軟件Marlin固件
　　　Marlin固件為自由軟件，可以直接用來做軟件開發(fā),，而作者在3D打印機(jī)中使用Marlin固件時(shí),，只需要在Arduino IDE軟件中下載完固件，找到Marlin固件中的Configuration.h文件,，可根據(jù)自己的需要來修改相關(guān)的代碼內(nèi)容,，作者研制的打印機(jī)需要做如下修改。
　　　找到
　　　#define BAUDRATE 250000
　　　這項(xiàng)代碼意義為：電腦通過USB線鏈接打印機(jī)的通信波特率,，單位為bps，在后面打開的Pronterface軟件中需將波特率也設(shè)置成250000,，才能成功連接主板,。接著需要找到
　　　#define MOTHERBOARD 33
　　　這項(xiàng)代碼意義為：電路板型號(hào)，RAMPS1.4版本,，對(duì)應(yīng)的配置應(yīng)該為33（單打印頭配置）,，和34（雙打印頭配置），此處作者填寫為33,。其它參數(shù)暫時(shí)默認(rèn)即可,。軟件運(yùn)行如圖2-12中所示。

　　　Marlin固件是比較新的一個(gè)固件,，并且很多使用對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn),，它有如下一些特點(diǎn)：有預(yù)加速功能，使得打印機(jī)在打弧線時(shí)速度更快,、更流暢,；溫度測(cè)量更精確、讀數(shù)更準(zhǔn)確,；自動(dòng)調(diào)節(jié)的PID溫度控制,；最早支持LCD顯示，以及支持SD卡,。
b) 上位機(jī)切片軟件Slic3r
Slic3r為3D打印機(jī)的切片軟件,，它的作用是將三維模型的STL文件進(jìn)行切片分層,，切片設(shè)置完成后，輸出G代碼,，在Pronterface中打開G代碼,。



Slic3r的設(shè)置參數(shù)比較多，圖2-13為對(duì)一長方體模型進(jìn)行切片設(shè)置,，圖中可以看到,，Slic3r第一個(gè)工具叫Plater，它允許在進(jìn)行切片前加載和安排一個(gè)或多個(gè)模型,。由三維軟件獲得模型的STL文件,，將它拖到Plater（或者通過文件菜單打開），plater將會(huì)加載它,，并在距離模型幾毫米的周圍產(chǎn)生一條skirt輪廓線,，模型也可以在軟件中進(jìn)行重新定位。軟件界面右側(cè)則是對(duì)加載模型的操作選項(xiàng),，可以通過選項(xiàng)對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整,，具體操作命令的意義如下。
More/Less 增加或減少模型數(shù)量,。
45/Rotate 旋轉(zhuǎn),，Z軸45度旋轉(zhuǎn)，順時(shí)針或逆時(shí)針,。
scale 比例,，放大或縮小。
split 分裂,，把一個(gè)模型分裂成多個(gè)部分組成并允許每個(gè)單獨(dú)安排,。
   在文件列表的底部按鈕可以添加、刪除,、自動(dòng)安排和導(dǎo)出模型,。
Add 添加模型。
Delete/Delete All 刪除一個(gè)模型或所有模型,。
Autoarrange 自動(dòng)安排最優(yōu)布局,。
Export G-code 切片模型并生成G-code。
Export STL 保存當(dāng)前設(shè)定的模型,。
　　　Slic3r后面的三個(gè)設(shè)置為打印設(shè)置,，填充設(shè)置以及打印機(jī)的設(shè)置，根據(jù)需要逐步進(jìn)行設(shè)置,，這里不再列出其具體的設(shè)置選項(xiàng),。根據(jù)作者對(duì)打印機(jī)最終的調(diào)試結(jié)果顯示，打印第一層的重要性必須引起注意,，如果第一層沒有處理好,，將導(dǎo)致徹底失敗,，模型將部分分離和扭曲。下面是為提高第一層的打印精度,，作者總結(jié)的一些注意事項(xiàng),。
　　　第一層高度：第一層作為粘接層需要更多的熱量以及擠出跟多耗材，一般設(shè)置為噴嘴直徑,。例如0.4mm的噴嘴則設(shè)置第一層高度為0.4mm,。
　　　更寬的擠出寬度：材料接觸打印床越多越好，這個(gè)可以通過設(shè)置擠出第一層寬度設(shè)置,，可以使用百分比和固定值兩種方式設(shè)置,。 推薦大約200%的設(shè)置，但是這個(gè)要結(jié)合第一層打印高度設(shè)置,，例如第一層打印高度設(shè)置為0.1mm,，擠出寬度設(shè)置為200%，那么實(shí)際得到的寬帶是0.2mm,這個(gè)是小于噴嘴直徑的,，這樣會(huì)導(dǎo)致擠出過少的熔絲打印失敗,。
　　　更高的打印溫度：擠出機(jī)加熱端假如加熱了，可以設(shè)置第一層溫度更高點(diǎn),，這樣可以降低打印耗材的粘度,，做為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值參考，推薦額外提高5°C,。
　　　打印床位置的水平：有一個(gè)水平的床至關(guān)重要,。噴嘴位置與打印床接觸過低將會(huì)堵住噴嘴口并擦傷打印床，過高將導(dǎo)致打印絲不能粘在打印床上,。
Slic3r是一個(gè)比較實(shí)用的分層工具，軟件中的很多參數(shù)都是分層工具自己算出來的,，用戶只需要填寫少量的配置參數(shù),，并且因?yàn)樗�易于使用，分層速度��,，打印質(zhì)量高,，如今是非常流行的分層工具。
c) 上位機(jī)打印控制軟件Pronterface
通過Slic3r切片完成后保存的文件G-code,，在Pronterface中打開,，如圖2-14所示，將打印機(jī)主板與電腦主機(jī)通過USB接口連接后,，選擇與打印



機(jī)主控板相同的端口,，點(diǎn)擊界面上的Connect按鈕，實(shí)現(xiàn)電腦與打印機(jī)的連接,，此時(shí),，可以對(duì)打印機(jī)進(jìn)行直接操作,。Pronterface中也可以對(duì)打印進(jìn)行設(shè)置，下面對(duì)Pronterface界面功能進(jìn)行介紹,。
　　　Port選項(xiàng)用于連接端口的選擇,，將打印機(jī)與電腦連接后，通常會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前對(duì)應(yīng)端口,。如果沒有自動(dòng)轉(zhuǎn)變,，可重啟Pronterface 軟件，或者手動(dòng)選擇（通常為編號(hào)最后一個(gè)）,。前面已經(jīng)說明,，波特率應(yīng)與Marlin固件的波特率一致，改為250000（只要固件與控制軟件設(shè)置的波特率一致即可）,。
　　　Connect/Disconnect按鈕用于打印機(jī)與電腦的連接或斷開,。Reset按鈕用于重置打印機(jī)設(shè)置。Load file按鈕用于載入打印模型的G代碼文件,。Compose用于Pronteface軟件在簡(jiǎn)單模式和一般模式之間的選擇,，建議使用一般模式，即默認(rèn)的視圖模式,。 SD卡按鈕用于裝備SD卡擴(kuò)展插槽的機(jī)型,，可從事先準(zhǔn)備好的SD中提取相關(guān)模型的G代碼。Print是開始打印的命令按鈕,。Pause是打印中途暫停按鈕,，但打印過程中按此鍵有可能造成模型數(shù)據(jù)前后不一致，建議一次性打印完畢,。 XY軸,、Z軸用于調(diào)整機(jī)器X、Y,、Z的最高運(yùn)行速度,，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。
　　　圖左側(cè)的X,、Y,、Z圓形區(qū)域版塊用于電機(jī)調(diào)整，其中左下角房屋按鍵用于將X,、Y,、Z軸歸零，使得打印頭確定原點(diǎn)位置,。界面中的數(shù)字表示點(diǎn)擊一下該按鈕,，各軸移動(dòng)的距離，單位是mm。需要注意的是,，打印機(jī)因型號(hào)不同,，實(shí)際運(yùn)行軌跡可能與箭頭指示方向相反，這個(gè)作者只需將步進(jìn)電機(jī)不同兩相的接線互換位置 即可,。

　　　Heat選項(xiàng)指打印頭溫度設(shè)置,，可根據(jù)打印耗材的不同，在ABS和PLA兩種材料之間選擇相應(yīng)溫度,，然后點(diǎn)擊Set按鍵開始加熱,。Off 按鍵用于停止加熱。Bed選項(xiàng)指熱床溫度設(shè)置,，由于作者制作時(shí)未使用熱床,，不必對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。Extrude按鈕用于控制擠出機(jī)擠出動(dòng)作,，Reverse按鈕用于控制擠出機(jī)后退動(dòng)作,。需要注意的是，只有當(dāng)打印頭溫度達(dá)到規(guī)定溫度（如ABS：230度,，PLA：185度),，擠出機(jī)才會(huì)做出相應(yīng)動(dòng)作。
　　　特別需要注意的是,，當(dāng)每一次啟動(dòng)3D打印機(jī)時(shí),，是沒有確定其原點(diǎn)的，不要選擇過大單位（如100mm）的按鈕或連續(xù)點(diǎn)擊小單位按鈕進(jìn)行測(cè)試,，以免對(duì)機(jī)器造成損害,。只有將打印頭至于原點(diǎn)（即通過點(diǎn)擊左下角房屋按鈕確定），打印機(jī)的有效行程才能固定激活,，避免機(jī)器損害,。

第3章   主要零部件選擇、電路測(cè)試過程
3.1 主要零部件選擇
3.1.1 電機(jī)的選擇
　　　步進(jìn)電機(jī)是通過電流脈沖來精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)量的電機(jī),，電流脈沖是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元供給的,。FDM型3D打印機(jī)一般選用42步進(jìn)電機(jī)，且為兩相四線,，同相之間有電阻，可通過萬用表測(cè)量,。步距角為1.8°,，也就是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周為200步。轉(zhuǎn)軸直徑為5mm,，轉(zhuǎn)矩大小根據(jù)電機(jī)具體型號(hào)不同而變化,，打印機(jī)上擠出機(jī)需要轉(zhuǎn)矩較大，可選擇轉(zhuǎn)矩稍大的步進(jìn)電機(jī)。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)需要看額定電壓與電流參數(shù),，比較典型的是2.8V和1.7A,，只要步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元能控制電流輸出，理論上可以使用任何比電機(jī)額定電壓高的供電電壓,。如果驅(qū)動(dòng)單元無法控制電流輸出,，則需要使用同額定電壓接近的供電電壓，否則電機(jī)會(huì)有過熱風(fēng)險(xiǎn),。自制3D打印機(jī)一般需要4個(gè)步進(jìn)電機(jī),，X、Y,、Z軸各一個(gè),，擠出機(jī)一個(gè)。


圖3-1  42步進(jìn)電機(jī)
　　　步進(jìn)電機(jī)外接同步帶,，作者可以計(jì)算同步帶運(yùn)動(dòng)1 mm,，也就是打印頭移動(dòng)1mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的步數(shù)，由以下公式計(jì)算：
　　　步數(shù)=電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的步數(shù)×驅(qū)動(dòng)板的細(xì)分?jǐn)?shù)÷帶間距÷步進(jìn)電機(jī)上齒的數(shù)量,。
　　　例如,，作者來計(jì)算一下，42步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一周為200步,，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板通過控制電流大小對(duì)步數(shù)進(jìn)行細(xì)分,，比如16細(xì)分是指在1.8°一步的基礎(chǔ)上再細(xì)分16步。帶間距是同步帶上兩個(gè)齒之間的距離,，所以,，T5的帶間距是5mm，最后數(shù)出步進(jìn)電機(jī)上齒的數(shù)量為12,，再根據(jù)上面的公式算出步數(shù),。得到結(jié)果：步數(shù)=200×16÷5÷12=53.3333。然后根據(jù)計(jì)算,，在Marlin固件中修改XYZ軸電機(jī)以及擠出機(jī)的步數(shù),。

3.1.2 擠出頭的選擇
　　　在第二章3D打印機(jī)的機(jī)械部分中作者已經(jīng)說明了擠出頭的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，擠出頭分為單擠頭與雙擠頭,，雙擠頭的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示,，與
        
圖3-2  單擠頭                  圖3-3  雙擠頭
單擠頭相比較，雙擠頭采用兩個(gè)擠出頭并列排列,，并將相對(duì)位置固定,，由于有兩個(gè)噴頭，雙擠頭的打印速度更快,，打印效率也更高,，雙擠頭安裝在滑塊上,，由滑塊與導(dǎo)軌連接，由于其質(zhì)量更大,，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣性更大,，對(duì)導(dǎo)軌的剛度要求也更高，這樣會(huì)降低打印的精度,。位于擠出頭最下端噴頭的噴嘴直徑有四種類型：0.2mm,，0.3mm，0.4mm,，0.5mm,，市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的是0.4mm的噴嘴,，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要可以購買不同直徑的噴嘴，這里值得提出注意的是,，選定好噴嘴直徑后,，也要在打印時(shí)軟件中設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù),，如切片軟件中的打印層高、打印速度等,，使打印的質(zhì)量和精度更高,。為簡(jiǎn)便制作,，作者購買的是圖3-2所示的單擠頭，噴嘴直徑為0.4mm,。
3.1.3 送絲機(jī)構(gòu)的選擇
　　　3D打印機(jī)的送絲機(jī)構(gòu)有遠(yuǎn)端送絲與近端送絲兩種,，圖3-4為近端送絲，
                          
        圖3-4 近端送絲                 圖3-5 遠(yuǎn)端送絲
近端送絲就是將擠出機(jī)安裝在打印頭上,，材料由擠出機(jī)直接擠入喉管,，在鋁塊中融化由噴嘴噴出打印。這種安裝方式由于擠出機(jī)與打印頭一起運(yùn)動(dòng),，打印頭質(zhì)量大,，打印時(shí)慣性也大,，容易使打印不精確,，采用近端送絲對(duì)導(dǎo)軌的剛度要求也比較高。圖3-5為遠(yuǎn)端送絲,，遠(yuǎn)端送絲是將擠出機(jī)安裝在離擠出頭較遠(yuǎn)位置，一般安裝在打印機(jī)框架上,，而不是安裝在擠出頭上，與近端送絲相比較,，遠(yuǎn)端送絲需要較大扭矩,，才能將材料擠入打印頭中,，它

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