DIY 3D打印机1—硬件篇

1、一，3D打印技术简介3D打印（3D printing），又称增材制造（Additive Manufacturing，AM），属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件(如STL文件)为基础直接制造任意形状三维实体的技术。3D打印机几乎可以应用到任何领域，比如：玩具、工艺品制作（生活、陈列），零部件加工（普通制造业，航空航天、汽车制造），食品打印（餐饮行业），骨骼、心脏瓣膜、活细胞打印（医疗行业），建材（建筑行业）等等。澳大利亚Amaero制造的世界首个3D打印喷气式飞机引擎3D食品打印机FOODINI打印的烘焙之后即可食用的pizza美国康奈尔大学的生物学家巴切尔的活细胞3D打印人体心脏瓣膜

2、美国亚利桑那州Local Motors公司制造的全球首台3D打印汽车Strati美国明尼苏达州的建筑师Andrey Rudenko的3D打印城堡服装设计师Micheal Schmidt 和建筑设计师Francis Bitont 共同设计的全球首款3D打印裙子（由世界著名脱衣舞女郎Dita Von Teese试穿）25岁的美国德州大学学生Cody Wilson制造的全球首款3D打印手枪现有的3D打印技术也是千差万别，有些技术利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”，例如：选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积式（FDM），还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的，例如：立体平板印刷（S

3、LA）、分层实体制造（LOM）。最近（2015年3月）一种光固化成型技术（SLA）的改进版连续液态界面制造（CLIP）已经在科学杂志上发表，是一种比传统技术快几十倍或更快的技术，可将原来两个小时打印出来的模型，只用十几分钟便能成型，而且不损失精度。如果速度和精度不再是一对矛盾，那3D打印的世界将多么美好。对于本文，我要介绍的DIY 3D打印机开源机型Kossel800使用的即是熔融沉积FDM技术。上面介绍的3D打印手枪，它就是FDM型Dimension打印机使用ABS材料打印而成的，是不是很酷炫！在介绍如何FDM工作原理之前，先Duang一张Kossel800成型图：开源Kossel800完成

4、效果图二，FDM原理熔融沉积造型（FDM）是使用加热头把热熔性材料（PLA、ABS树脂、尼龙、蜡等）加热到临界状态，呈现半流体性质，在程序控制下，沿二维平面上运动轨迹，喷头将半流动状态的材料挤压出来，凝固形成预设形状的薄层。当一层打印完毕后，通过垂直升降系统将喷头移动至新层，这样层层堆积粘结，自下而上形成一个完整的三维实体。值得注意的是，在将3D模型转换为二维轨迹的时候，切片操作不可能无限精确，所以实际成型实体只是模型的一个近似，如下图所示：层层堆叠的FDM近似的切片操作本文重点将放在如何DIY上，我将按照配件工具组装的顺序介绍如何从零开始，Duang出来一台FDM型3D打印机，我尽量做到不放

5、过任何细节，真正的step by step有兴趣的同学，我认为，完全可以通过我的介绍，自己成功搞出一台呀！三，K8配件清单总览由于K8所用的配件繁多，我将按照安装顺序分类列出，希望没有遗漏，吼吼3.1框架部分2020国标铝型材（24cm）*9根2020国标铝型材（>=50cm，众筹版为68cm，高度没有特别限制）*3根（非标件）主体框架件*93.2传送电机部分42步进电机（43mm长）*3个传动同步带（1280mm长6mm宽2mm齿距GT2）*3条GT2同步轮（齿宽7mm，齿距2mm，孔径5mm，齿数16齿（齿数不限）*3个法兰杯轴承（F623zz）*63.3滑车、推杆部分（非标件）效应

6、挤出头底座*1水平探针底座*1滑车主体*3滑车附体*3强磁并联臂台*3限位块*3尼龙滚轮（19mm）*9个圆形开孔强磁磁铁（直径12mm厚4mm M4）*12枚碳纤维管（内径4mm外径6mm长200mm）*6根钻孔钢珠（非通孔，直径9mm或者10mm，孔径M4）*12颗双头螺柱（M4x25）*12限位开关（微动开关，欧姆龙SS-5GLX4）*33.4挤出头部分挤出头（0.4mm直径挤出嘴+加热铝块+加热棒+100k热敏电阻+铝散热片+直插接头，1.75mm远程挤出）*1套马蹄形固定铝片*1散热风扇（12V）*1大回形针*2（固定散热风扇，可用细铁丝等代替）3.5送丝部分42步进电机（43mm长

7、）*1个咬丝齿轮（孔径5mm，滚花谷底直径6mm，滚花槽深1mm，底座外径12mm，长5mm）*1个608轴承*1四氟管（铁氟龙喉管6575cm长4mm外径2mm内径4）*1四氟管快接头（m5插头直径4）*1（非标件）送丝机主体*1送丝机杠杆*1耗材（材质PLA直径1.75mm）*1卷3.6自动调平部分（非标件）自动调平件（图见3.3挤出机底座件中小件）圆珠笔弹簧*1接线端子铜件*1内六角扳手（1.5mm加长，并非工具，需裁切使用）*12.5mm直径扣针*1限位器*13.7 打印床部分高硼硅玻璃（20cmX3mm）*1块美纹纸*1卷3.8控制电路部分arduino mega2560*1块ram

8、ps1.4扩展板*1块4988步进电机驱动板（加镀膜散热片）*4块Reprap2004智能lcd模块*1块3.9电源部分电源适配器（12V 10A 120W直流DC电源）*1DC插座线（5.5*2.1）*13.10螺丝螺母等m6*30m5*10m4*12m4*8m3*16m3*8m3*25m3*60m2.5*12m5垫圈m4垫圈m3垫圈m4方块螺母m6螺母m3螺母框架451264512456滑车9126129限位器363送丝机1223121挤出头636其他66总计9153320156691452456913*建议多买备用*使用原则是：能用短时不用长，多买备用心不慌。（渣对还是随口拈来啊- -）

9、特别的，感谢太子免费送我的备用件：3.11 非标件的获取本节提到的大部分零件都能在五金店或者网上购得。对于非标件（即非标准工业零件）的获取我这里提供三种途径：1. 如果你（或基友）已经拥有一台3D打印机，并且打印半径足够大，那么可以下载非标件的STL文件自行打印。我提供的下载链接：2. 提供3d打印服务的实体店或网店，可以下载上述链接中的文件之后，找打印店进行打印。（价高，慎选）3. 截止到目前，已经有很多人提供K8的非标件在网上出售，甚至有打印件、注塑件、铝合金件等不同选择。随着竞争的出现，价格也已经很亲民。四，工具准备这一节，我要介绍的是组装打印机过程中使用到的工具，大部分工具都会用到，建

10、议在开始组装之前，先将工具备齐。4.1测量类Ø 游标卡尺游标卡尺一般有三种类型：普通游标卡尺、数显游标卡尺和带表游标卡尺。特点：数显读数方便，但质量差些的数显尺滑动太快会发生读数跳跃。带表卡尺读数也比较方便，精度很高，价格也很高一般用普通的就OK了。参数：精度选择0.02mm。长度300mm以上（重要），因为碳杆长度一般在200+Ø 电压表电压表就是在检测电源电压的时候用到，可以使用万用表或者普通的电压表。因为精度要求不高，我这里使用的是电压表头：4.2粘贴类Ø 螺纹胶又叫厌氧胶，用处在紧固金属螺钉。不是必须要用，但有朋友反映机器工作时间达到一定程度，机器会发生螺

11、丝松动的情况，所以涂一些螺纹胶更稳妥。螺纹胶型号众多：螺纹锁固：222、243、263、277等平面密封：510、515等管螺纹密封：567、577、554等、这里选用的是242型，颜色蓝色，温度范围-50150，固化时间20min/24h(初固/全固)。Ø ab胶Ab胶，一个是本胶，一个是硬化剂，两液相混才能硬化。因为ab胶固化时间供选择的范围广（固化时间分为5min/30min/1h/2h/4h/8h/12h），而在粘贴推杆时，需要足够的时间来做位置调整，所以就要选择固化时间在30min以上的来进行粘贴。Ø 502胶瞬间固化，狗都知道，不解释。Ø 绝缘胶带4.

12、3钳类Ø 台钳固定工作台，没有的话会费点劲，不是必须。Ø 尖嘴钳、斜口钳总会用到的。Ø 钢丝钳大力道的钳子。Ø 剥线钳当然剥线钳还有自动开口的高端货，那种更贵一些。4.4扳手类Ø 内六角扳手组使用频繁的扳手组，是最重要的工具组。Ø 活动扳手使用频率不大，不是必须。4.5改锥Ø 改锥组又名螺丝刀，由于几乎所有螺丝都采用六角螺丝，只有个别地方要用到十字改锥。4.6焊接类Ø 焊接组电烙铁、焊锡丝、松香、吸焊器、耐高温清洁海绵。用处不多，但必须要有。4.7辅助类Ø WD40防锈、润滑，谁用谁知道！（不是必须）&#

13、216; 扎带Ø 标签贴Ø 绕线管Ø 记号笔Ø 镊子Ø 木槌或者胶槌，使安装更加契合。4.8其他Ø 砂纸不可少，因为要精细打磨碳杆，所以要600目以上吧Ø 剪刀用处不多，辅助工具。Ø 导热硅脂Ø 黄油润滑工具都置办齐全之后，马上开始我们的组装大业吧！五，机械与电路部分安装5.1推杆推杆的安装放在第一步的目的是为了节省时间，因为胶水粘牢碳杆和球头的时间时间会很久（这取决于你使用的胶水凝固时间）。使用的工具碳纤维管*6根钻孔钢珠*12颗双头螺柱*12300mm游标卡尺、242螺纹胶、AB胶、砂纸、尖嘴钳、台钳

14、步骤：Step1 制作球头把双头螺丝拧上球头，要拧到底，稍微涂点螺纹胶（或者502胶、哥俩好），做12个。一定要让每个球头都吃满，可以用工作台加固一下（注意不要刮花球头，可多垫些软物缓冲）Step2 碳管的处理碳杆因为是手工切割，可能存在误差，而打印机碳杆部分长度的统一则是打印质量的重要前提，使用卡尺测量保证误差在0.1mm以内（注：由于碳杆与球头连接之后的总长度才是必须要严格控制的，所以下一步的长度控制才是最主要的），以最小长度的那根碳管为标准，使用砂纸对其他碳杆进行打磨（如果碳杆断面不整齐，要先加工至整齐）。Step3 推杆安装球头木螺纹部分可能外径大于碳杆内径，因此首先用钳子稍微夹一下螺

15、纹（或者打磨），保证能塞进碳杆，不会将其挤爆（较好的准则：刚好能塞进，太松的话很难固定，会影响下面调整长度）。然后沾上AB胶塞进碳杆，测量长度，保证安装好的6根连杆尺寸一致，误差不超过0.05mm（一说0.02mm。在我看来0.05mm即可，这是一个无奈的事情，因为无论你把这一步的误差降到多低，来自打孔强磁的误差也会将其掩盖）。接下来就是慢长的等待晾干（放在不会碰到的地方，以免影响长度）。5.2框架框架作为打印机的支撑，最重要的是它的稳定性，其次是安装精度，所以安装时做到两点：螺丝上紧，插接到位。使用的工具2020国标铝型材（24cm）*9根2020国标铝型材（68cm）*3根非标件框架件M4

16、方块螺母M4*8螺丝M3*25法兰杯轴承（F623zz）*6M3垫片M3螺母内六角扳手步骤：Step1 准备非标框架件（中层、底层）一共五个固定孔，图示安装即可，（如果M4*8不够，可用M4*12）一共6个。Step2准备非标框架件（顶层）首先按中底层的安装方法安装3个框架件。因为顶层框架件要安装皮带轴承导轮，所以还要增加一步。Step3连接铝型材安装框架三角（顶层、中层、底层三个三角件）：注意两点：1框架件有正反之分（可由凹槽区分，凹槽用来安装传送电机），保持方向一致2按照图示方法推入；安装框架立柱：同样注意两点：1底层凹槽向上，中层凹槽向下（安装电机预留），顶层凹槽向下（安装微调螺丝）；2

17、中层固定立柱的螺丝先不用拧紧，安装电机后再拧紧。顶层固定立柱螺丝也先不要拧紧，安装滑车与同步带时需要取下。（亦可先不安装顶层三角件，但出于稳定性考虑，可先将顶层三角件螺丝松拧，方便到时取下）框架安装完成5.3传送电机电机的安装没有要特别说明的地方。使用的工具42步进电机*3个GT2同步轮*3个M3*8螺丝M3垫片内六角扳手步骤：Step1 安装同步轮首先为每个传送电机安装一个同步轮，电机轴露出12mm即可，不要露出太长或太短，并用同步轮上的顶丝固定。Step2安装电机先将电机与底层框架件上预留的螺丝孔用螺丝固定（先不要拧紧，方便后面第3、4颗螺丝对准）。然后将框架反过来安装后面第3、4颗螺丝。

18、（顺便调整底部平面，使齐平）注意：1三个电机同步安装；2有垫片的话最好安装垫片。*TIPs安装电机时，还可以使用先将框架件与电机进行安装，再连接铝型材的方式。5.4滑车滑车作为K8与mini的最重要更改，要细心对待。只要安装到位，依然可以获得相当不错的打印控制精度。安装滑车，尤其是安装同步带，既是安装重点又是安装难点。使用的工具非标件滑车零件，挤出头底座，限位开关件 尼龙滚轮（19mm）*9个圆形开孔强磁磁铁*12枚限位开关*3方形螺母六边螺母内六角螺丝垫片内六角扳手、活动扳手、502胶、WD40、尖嘴钳、扎带、剪刀、记号笔、镊子步骤：Step1 安装滑车架非标件中的滑车件分为三部分，我们首先

19、用到其中的两部分（K8的注塑非标件中都埋入了螺母，很多地方不需要使用螺母）螺丝螺母的安装方法，如图示：注意：滑车件的三个沉孔方向要一致；内六角螺丝不要拧太紧，方便后面调整滑车运动的松紧。Step2 安装滚轮滚轮安装图示：为了更好的固定滚轮，可以在滚轮外围增加螺母固定：Step3 粘贴开孔磁铁为了与推杆的球头配合，需要在滑车与挤出头底座上，使用502胶（或其他快干胶）粘贴强磁开孔磁铁。注意：1，开孔磁铁一定要放平；2胶水要适量，一定不要流到磁铁表面。Step4 组成滑车将粘贴好磁铁的推杆座与滑车架连接，组成滑车。并拧上限位器螺丝（保持等高）。Step5 将滑车装入框架首先取下顶层框架三角件（如果

20、没装顶层三角件，可忽略），将三个滑车沿着三个立柱滑下（注意限位螺丝方向向上）。调整滑车运动的松紧，这一步的重点就是调整。调整到什么时候为止呢？保证两点1能自由落下2不晃动。可向滚轮轴承上，立柱上，喷一些WD40增加润滑。Step6 安装限位器这一步要用到非标件中的限位器件。首先要对限位器做一些处理，将限位器中间的接线片弯向一侧，方便固定螺丝的安装。如图，拧紧三个螺丝，一个方形螺母。注意：限位器接两侧端口。然后将其固定在立柱上，位置大概为顶层三角件底面向下1030mm处即可。注意三个限位器一定要水平。Step7 安装同步带同步带的安装至关重要，长度的统一，松紧的一致是高质量打印的前提。取三段长度

21、相同的同步带，每根长度大约比2倍的机身高度多1520cm。为了保证三根同步带等长，可以将任意两根同步带齿槽对齐，并修剪端部至等长。首先连接滑车与同步带的一端，并用扎带绑紧注意：安装同步带的关键就是长度统一，长度统一的标准就是齿数一致。将顶部框架三角件装上，并低于立柱顶端35厘米，然后将同步带穿过底部电机齿轮与顶部轴承，甩出同步带另一端等待与滑车连接。下面这一步连接时比较费力，原因是非标件的卡槽太紧了，不过紧点也好，不会松脱。连接同步带另一端的关键依然是数齿数，还是为了保证三个同步带长度一致（长度不一致，变成“异步带”，开机跳起鬼步来，就麻烦了），安装时可以用记号笔划上线，避免看错。安装好后依然

22、是系紧扎带。注意：同步带入槽时，可以用镊子压入。三个都装好后，大功告成！*修剪扎带安装完之后，一定记得将扎带和多余的同步带剪掉，以免影响推杆活动。Step8 固定微调螺丝最后是升高顶部框架三角，张紧同步带，并安装微调螺丝。微调螺丝细节图：M3*35M3垫片M3六边螺母5.5挤出头挤出头这一部分的安装比较繁琐，但难度较小。使用的工具挤出头（挤出嘴+加热铝块+铝散热片+直插接头）*1套加热棒*1100k热敏电阻*1马蹄形固定铝片*1散热风扇（12V）*1大回形针*2台钳、活动扳手、尖嘴钳步骤：Step1 挤出头主体按照挤出嘴、加热铝块、铝散热片的顺序拧紧，一定要拧紧，有缝隙的话可能会使熔融的耗材发

23、生侧漏- -有人建议预热到100度再用扳手拧紧，可以有效预防漏液。我的在室温下拧紧，并没有发生漏液。可以上台钳帮忙Step2 加热棒与热敏电阻铝块上有两个开孔，大的装入加热棒，小的装入热敏电阻，加热棒孔的侧边有顶丝固定，安装完后将两根线粘在一起，防止热敏电阻脱落。注意：热敏电阻一定要插到位，不要只是放在孔口，热敏电阻滑落，或者接触不良的话会引起加热棒玩命加热，将铝块烧红。Step3 风扇组件然后是风扇的安装首先将回形针弯成下图所示形状：然后将其固定在风扇上：回形针比较容易弯折，注意固定完成后，试试有没有绑紧，不要有滑动就行。风扇跟随打印头高速运动，滑动的风扇会是打印头晃动，从而影响打印精度。S

24、tep5 装入机身激动人心的一刻就要到来了！需要用到打印头底座，马蹄形铝片，风扇，自动调平非标件。顺序从上到下是：自动调平非标件、打印头底座、马蹄形铝片、刚装好的打印头。用螺丝紧固（图中只安装了三个螺丝，如果螺丝够多的话，要全部上全），如下图：注意：螺丝先不要拧紧，方便后面安装风扇。将风扇插到马蹄形铝片与底座之间，上紧螺丝：注意：风扇的方向最好不要与加热棒和热敏电阻的线同向，以免纠缠在一起。接着，就可以连同之前组装的推杆，以及滑车组件装入机身了：注意：推杆的安装方式。现在打印机已经初具规模了！5.6送丝送丝电机安装时候要细心一些。使用的工具42步进电机*1个咬丝齿轮*1个608轴承*1四氟管*

25、1四氟管快接头*1非标件送丝机件内六角螺丝六边螺母垫片方形螺母内六角扳手步骤：Step1 送丝电机按图示方式在电机与非标送丝机件上进行安装：注意：1，非标件两端的开孔和咬丝轮凹槽部分，用眼睛望过去为一条直线为标准；2，垫片不要少，为了不使咬丝轮打滑（耗材会咬出刻痕），需要压紧轴承与咬丝轮，垫片可以防止注塑件压坏；3咬丝齿轮要上紧顶丝。Step2 装入机身送丝电机在机身的位置可以是顶部也可以是侧面，看个人喜好，我则安装在了顶面。Step3 安装送丝管最后是安装四氟管：因为对于远程挤出头，顶部已经预装一个四氟管快接头，另一个快接头在送丝机组件上，两个快接头插入四氟管即可。注意：首先检查四氟管内没有

26、异物，然后检查四氟管两端是否平齐，不平需要修剪，然后再插入，要插到底部，反方向拉不动即可。5.7自动调平自动调平组件并不是必须的，但有自动调平功能将使打印机调平工作更简单。使用的工具非标件自动调平件圆珠笔弹簧*1接线端子铜件*12.5mm直径扣针*1限位器*1内六角扳手（1.5mm加长）*1、尖嘴钳、钢丝钳、胶带、十字改锥步骤：Step1 安装限位器如图做两点处理：1触片剪短；2接线片向两侧掰弯。注意：与滑车中的行程限位器接线不同，这里限位器接线为com端和NO端，中间和一侧接线片。安装到下图位置：Step2 安装扣针弹簧然后是扣针的处理：安装图示：Step3安装探针首先处理一下探针（1.5m

27、m加长扳手）的长度。将探针从自动调平非标件中的孔中穿过，上一步的扣针可以控制探针有两种状态：收回和放出。用钢丝钳剪短探针长度，使得探针收回时探针底部略高于挤出嘴的高度，放出时探针底部低于挤出嘴的高度。接下来装上弹簧：从收回状态到放出状态，由弹簧弹出。力道把握好，顺利弹出且能压住限位器开关为好。最后还要注意一点：如果弹簧弹出之后，探针上部不能压住限位器开关，可以考虑在探针上缠绕几圈胶带，增加直径，直到可以压住限位器开关片。（下图）最终效果图：（我自己倒是很少用自动调平，后来觉得碍事，就给卸下来了，开启手动调平大法！）5.8打印床使用的工具高硼硅玻璃*1块美纹纸*1卷内六角螺丝垫片方形螺母六边形螺

28、母步骤：Step1 粘贴美纹纸如果直接在玻璃板上打印，可能会出现挤出的熔融物难以附着在打印床上的现象。在玻璃板上粘贴美纹纸正是解决这一问题。当然除了美纹纸之外还可以使用A4纸，并用胶棒粘在玻璃上，使用A4纸的缺点是，如果喷嘴刮坏A4纸，或者剥离打印件的时候刮坏A4纸（经常发生），有可能A4纸的残骸很难清理干净。据说耐热胶带也是一个不错的选择（我没有用过，暂不评价）。Step2 调平螺丝如果直接将玻璃板架在机身框架上，玻璃板的三个触点可能不在水平面上（几乎不会发生三点在一个水平面上的事情），这时使用调平螺丝可以快速的对玻璃板打印床进行高度微调。如图准备：将打印床玻璃边缘放到垫片上，拧紧方形螺母，

29、等待调平：注意：三个垫片的位置最好在各自露出螺丝的中间部分，方便向上向下都有足够的调整空间。5.9控制电路作为打印机的控制部分，接线比较简单，理清线头即可。使用的工具arduino mega2560*1块ramps1.4扩展板*1块4988步进电机驱动板（加镀膜散热片）*4块Reprap2004智能lcd模块*1块导热硅脂或硅脂片电烙铁锡丝标签贴步骤：Step1 为4988驱动模块粘贴散热片驱动模块如果有散热片则可忽略此步。注意：硅脂用量要少，不要沾染到其他引脚，否则可能引起短路（一般来说导热硅脂是不导电的，有些硅脂为了增加导热率，会添加金属粉，从而具有一定导电性）。Step2 将4988驱动模块插接到ramps1.4扩展板之所以单列出来，是因为驱动模块在扩展板上左右两个方向都可以插入，但方向错了之后很可能引起短路。所以要慎重对待：Step3 接线接线前，建议先将线头用标签贴注明所连接的部件名称，以免弄乱。按照下图进行接线：注意：1风扇接线需要电烙铁焊接；2有些电机的接线颜色如果和图示不同，需要自己手动调整排线顺序；3线头端部处理好，不要露出太多裸线，避免短路。Ramp定义图：关于XYZ电机的顺序说明：Step4 连接mega与ramps扩展板对准插上就可以了，没什么要说的。合体图：最后的样子：5.10电源作为硬件连接的最后一部分，是不是有点小激