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3D打印知识

3D打印机基础知识入门之硬件知识

文章出处:极光尔沃点击次数:作者:极光尔沃
      目前,3D概念逐渐被越来越多年轻人人所接受,很多年轻人越来越喜欢用3D打印机做3D打印diy玩具,但是3D打印基础知识还是有必要知道,极光尔沃小编认为下面的知识对你熟练操作3D打印工具是很有帮助的。
极光而我3D打印机
    一、基础知识
       1.3d打印机的是由下面这几个部件构成的:
       1)机体框架 :机体框架是各款打印机之间的最大差异的地方,总的所来有一个原则是不会违背的,就是结构的刚性!各款打印机都是主要采用三角形、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,所以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。本文下部会详细说说各种机体的优缺点的。
       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,XY轴通常是由同步带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XY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XY轴坐标所运用的数学原理则是采用极坐标系了(不懂的话看下文,有解释)。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arduino MEGA 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arduino MEGA 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AMTEL ATMEGA644P 、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handle得了的。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(direct driver Extruder )、齿轮挤丝( Wade's Extruder)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的:这种装置的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的:这需要用较大扭矩的步进电机。这种结构的有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。这时最好用齿轮挤出机了。)
  6)电源:一般采用的ATX电源(电脑主机电源)、开关电源 、Xbox360 203w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。

2. 3D打印机运动控制的数学知识
笛卡尔坐标系:
       笛卡尔坐标系 就是直角坐标系和斜角坐标系的统称。 相交于原点的两条数轴,构成了平面仿射坐标系。如两条数轴上的度量单位相等,则称此仿射坐标系为笛卡尔坐标系。两条数轴互相垂直的笛卡尔坐标系,称为笛卡尔直角坐标系,否则称为笛卡尔斜角坐标系。 笛卡尔坐标,它表示了点在空间中的位置,但却和直角坐标有区别,两种坐标可以相互转换。
极坐标系:
       在平面内由极点、极轴和极径组成的坐标系。在平面上取定一点O,称为极点。从O出发引一条射线Ox,称为极轴。再取定一个长度单位,通常规定角度取逆时针方向为正。这样,平面上任一点P的位置就可以用线段OP的长度ρ以及从Ox到OP的角度θ来确定,有序数对(ρ,θ)就称为P点的极坐标,记为P(ρ,θ);ρ称为P点的极径,θ称为P点的极角。当限制ρ≥0,0≤θ<2π时,平面上除极点Ο以外,其他每一点都有唯一的一个极坐标。极点的极径为零 ,极角任意。若除去上述限制,平面上每一点都有无数多组极坐标,一般地 ,如果(ρ,θ)是一个点的极坐标 ,那么(ρ,θ+2nπ),(-ρ,θ+(2n+1)π),都可作为它的极坐标,这里n 是任意整数。平面上有些曲线,采用极坐标时,方程比较简单。例如以原点为中心,r为半径的圆的极坐标方程为ρ=r 等速螺线的极坐标方程为ρ=aθ 。此外,椭圆 、双曲线和抛物线这3种不同的圆锥曲线,可以用一个统一的极坐标方程表示。
极坐标与笛卡尔坐标系之间的转换:
   在极坐标系与平面直角坐标系(笛卡尔坐标系)间转换 极坐标系中的两个坐标 ρ和 θ可以由下面的公式转换为 直角坐标系下的坐标值x=ρcosθ
y=ρsinθ
       由上述二公式,可得到从直角坐标系中x和 y两坐标如何计算出极坐标下的坐标
θ=arctany/x ( x不等于0)
       在 x= 0的情况下:若 y为正数 θ= 90° (π/2 radians);若 y为负,则 θ= 270° (3π/2 radians).
      本文由深圳极光尔沃公司提供,深圳极光尔沃,生产FDM 3D打印机 , DLP光固化 3D打印机,商用级大尺寸3D打印机,3D扫描仪,3D打印耗材,还有青少年3D打印创新课程的业务,如果想了解更多关于极光尔沃3D打印机的信息,请拨打全国客服中心:4000-888-603 。







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