DIY 3D打印機技術方案研究

盧崇雨

摘 要：3D打印作為21世紀最主流，最熱門的話題之一，吸引了不少創客、DIY愛好者爭相學習、研究和開發。本文通過對當下3D打印發展趨勢的分析，主要從DIY 3D打印相關的硬件、軟件總結幾種流行的DIY方案，提供相關DIY 3D打印網站，方便大家交流、學習。

關鍵詞：3D打印；DIY；硬件；軟件

0 引言

DIY的意思就是do it yourself。要想制作一臺3D打印機，我們必須先要了解3D打印技術的種類、原理，再深入了解他的硬件結構，包括它及否存在各種硬件搭配所遵循的兼容原則，其控制系統如何設計、搭建，能否結合切片軟件對上位機進行精確控制。固件也是一個DIY需要解決的問題，不同型號的主控板對應不同種類的固件程序。各種各樣的切片分層軟件也是DIY愛好者不得不面臨的選擇，接下來先分析何為DIY 3D打印。

1 什么是3D打印？

作為科技發展的必然產物，3D打印技術是快速成型技術的一種，它以數字模型文件為基礎，運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造物體的技術。顧明思議，3D就是一種空間立體形態，不同于2D的是，它將平面轉換成空間，簡單來說，類似于打印機打印，只不過垂直于平面方向也進行打印。就好比建房屋，平面上打好根基，在縱向上一層一層增加高度。目前該技術廣泛用于珠寶、工業設計、建筑、工程和施工、醫療、教育等各個領域。

2 3D打印技術分類

在3D打印界，打印方式主要有兩種。一種是“FDM”——“熔融沉積成型Fused Deposition Modeling”，基本原理是通過加熱裝置將ABS、PLA等絲材加熱融化，然后通過擠出頭像擠牙膏一樣擠出來，一層一層堆積上去；另一種是SLA——“立體光固化成型Stereo Lithography Apparatus”，基本原理是通過激光束在液態光敏樹脂表面勾畫出物體的第一層形狀，然后制作平臺下降一定的距離，再讓固化層浸入液態樹脂中，如此反復。而光固化這種打印方式，目前有兩種主流的技術，一種是通過激光點成型；另一種是通過DLP這種光束成型。DLP技術用于3D打印機之前，已經廣泛的用于數字影院、微型投影儀等產品中；用于3D打印機之后，帶來更多益處。基于DLP技術的3D打印機能夠制作非常復雜的物體，并且能使物體的表面非常光滑。

3 3D打印目的和意義

3D打印技術相對傳統制造技術是一次重大的技術革命，用“顛覆”傳統制造技術來形容也不過分。它能夠解決傳統制造所不能解決的技術難題，能夠為傳統制造業的創新發展注入新鮮動力。但是，傳統制造業經過了數千年的積累和發展，已經在生產工藝、生產技術、材料等方面發展成熟，并形成了配套完善、功能齊全、社會各界廣泛認可的產業基礎。3D打印又被稱為“增材制造”，是一種快速成型技術。3D打印技術對于生產者來說可大幅降低生產成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對環境的影響，它還使消費者能根據自己的需求量身定制產品。近年來，各大國對3D打印這項新技術都投入巨大，中國也不例外，但由于3D打印技術的這些優勢和缺點，我國在發展這項技術時應未雨綢繆、冷靜應對。

4 DIY 3D打印機技術方案

4.1 切片軟件

3D打印開始之前，首先要對模型進行切片、分層，也就是我們所說的預處理。對于生成的切片數據有兩種方式處理：將軟件獲得數據通過串口通信傳遞給主控板；通過切片軟件直接控制上位機。兩種方式在現在的DIY方案中都很常見。切片軟件目前主要有以下幾種：slic3r、creationworkshop、MakerBot、XBuilder、Cura等。

MakerBot：由美國Makerbot公司開發的一款切片軟件。操作界面非簡單，只需要簡單的幾個步驟即可完成切片。

XBuilder：由西銳三維打印科技自主開發的一款中文版軟件，界面簡潔、操作方便。支持.stl，.gcode，.obj等常用3D格式文件。更重要的是，界面完全漢化，對于英語不好的DIY愛好者來說是個不錯的選擇。

Cura：是Ultimaker公司設計的3D打印軟件，以高度整合性及容易使用為設計目標。但相對來說界面還是較為專業，初學者不建議使用。

Creationworkshop：是一款開源的切片分層軟件，帶有DLP投影儀以及上位機的控制功能。

4.2 主控板選擇

主控板就好比人類的大腦，它是3D打印技術的關鍵，也是DIY愛好者不得不慎重考慮的問題之一。常見的主控板有mega2560（Ramps1.4擴展板）、mega2560合體板、Sanguinololu、Melzi、樹莓派、Printrboard、RepRap等。

Sanguinololu是一種供Reprap等數控設備使用的低成本ALL-IN-ONE主控板解決方案。它設有一個的板載Sanguino（與arduino類似的最小系統，使用ATMEGA644P芯片同時兼容ATMEGA1284）。它的四個軸均采用Pololu引腳兼容的步進驅動程序。

Melzi是一個完整組裝好的RepRap主控電路，而且是很便宜地大量生產。它是基于Arduino Leonardo的擴展板。

Mega2560、Ramps1.4是最常見也最實用的主控之一，適用于SLA、DLP打印技術。它提供了LCD、SD卡、限位開關以及A4988電機驅動接口，功能全面實用，而且適用于Marlin固件，加上固件的開源代碼較為全面，更為DIY愛好者提供便利。

5 結束語

正是由于3D打印的高速發展，才涌起了大量的DIY 3D打印愛好者，他們在不斷探索、改進、發明。上面的總結希望對大家在DIY這條道路上的探索有益，本文有不全面的地方，望大家在學習、試驗中不斷嘗試，提出更為優秀的DIY方案。

參考文獻

[1] 余明春.3D打印機切片軟件種類及使用方法[EB/OL].