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家用电器案例

教程整理:kossel 800元自制3D打印机

文字:[大][中][小] 发布时间:2018-05-05 15:36  浏览次数:

  3月26日,maximscy在arduino吧上开帖对reprap的kossel delta并联臂架构3D打印机进行了长达一个半月的制作live,原帖“”引来众多网友关注,目前回复近9千,至今仍在攀升中(后续众筹到thingiverse的kossel 800项目命名十有八九也是由此而来)。据我所知,至少在这次live前,国内还没有关于reprap koseel开源3D打印机的详细教程。

  要声明的,这是一篇教程整理,绝非原创(实际上,既然是开源项目,本身已经没有原创非原创之分,只是忌惮最近的少年不可欺事件~),小编整理、分享出来仅仅是为了更多人关注3D打印,或者说给各位geek和diy达人们一个新素材。毕竟3D打印机一直以来被视为高不可攀的设备,比较有名的MarkerBot在国内动则数万元。即使在TB上,DIY的各类机型也至少要3000元以上。还有就是,一个买成品一个自己创造,不言而喻。

  既然说到Creativity(创造力),太平洋论坛里就常年藏匿着各种高深莫测的大神,比如基本上和M大神同期,cixiyut在我们diy极客营发表的“自我复制?自己动手做kossel mini”,总成本也不到1000元,相信4月份的时候,有的网友也拜读过,只不过,无论从打印精度还是成品质量上,maximscy的kossel 800都胜于cixiyut的kossel mini(小编也是有节操的!绝不偏袒~)。

  最近我要做的这台kossel delta型开源3d打印机性价比非常高,具有速度快、静音、三臂并联结构、扩展性强、便宜的特点。图纸啥的都有,只是用到Arduino Mega2560电路板和ramps1.4扩展板。

  reprap的开源delta三臂3d打印机kossel和rostock(也是一种并联臂架构3D打印机,kossel的子系)的性价比非常高,比起makerbot的replicator的封闭设计,其可以通过简单的更换铝型材和滑块来增加打印面积。

  kossel的自动校准平台高低功能,此类功能xyz轴架构的3d打印机是没有的:kossel的打印速度极快,所以具有悬梁架构的打印能力,有此类能力的还有ultimaker:

  实际上,国外有2个kossel打印机的开源思路:行星步进机和滑轨的替换解决方案。如果能搞出来,可以省去买行星步进机以及直线滑轨,那么成本还能再下来200左右。

  Kossel(科赛尔)3D打印机是RepRap(replicating rapid prototyper,翻译过来就是自我复制)开源打印机中delta(三角洲)并联臂架构中的最新开源机型,由Johann设计。原版图纸地址点这里。其具有轻量化,可自行加大打印体积,自我复制,高速,扩展性强的特点。

  RepRap的核心部件是热塑性塑料挤出机,产品基于Arduino平台以及其它用于控制步进电机的板卡。RepRap被视为一个完整的复制系统,而不是简单的一块硬件。为此,该系统包括CAD的3D建模系统和CAM软件和驱动程序的形式,把RepRap用户的设计转换成一组指令,通过RepRap的硬件,转变成物理物体。RepRaps的打印出的物体材料是来自与ABS,PLA聚乳酸,和类似thermopolymers的材料。

  ramps1.4手焊套装X3 步进电源线若干 ramps 操控lcd屏X3 限位器若干 步进驱动板若干 打印完成的限位块若干。具体价格会全部配件到齐完成后核算。

  ramps1.4和mega2560组装完毕,烧录Marlin固件完毕,连接lcdsd卡控制器模块测试正常。这年头3d打印机不能实现脱离上位机打印不叫打印机,所以一定要购买lcdsd卡控制器模块,62元一个。

  铝型材到了,和自用的replicator打印机合个影,定了两家工厂的型材分别测试。型材一套含切割70块钱搞定。

  42步进到了,45一个,每台机器需要4个。如果使用行星步进方案的线个,但是要买一个昂贵的行星步进。如果是齿轮盒方案的线步进即可。

  今天到了一堆2020国标铝型材管子,厂家不同,规格相同但细节不同,左边的槽孔有圆弧,右边的没有,对于需要安装滑轮的kossel来说,左边有圆弧容易滑轮移动而不脱出,所以左边的更好一些。

  可以淘宝上直接搜索kossel买打印好的非标件(也可以自己打印,这样精度更高一点)。有了kossel后就可以自己复制自己了。

  电源和一些其他五金配件到了,我选择了不是机箱内置电源而是和ultimaker一样的外置电源,12V6A OD5.5ID2.5的公头外置电源。因为kossel的架构好,不需要驱动非常重的打印头,所以速度快而且功率很小。27.5元含邮。

  买零件收到的一封信-。-零件是PC4 5mm直径 插4mmPFA管的PU管接头,用来远端挤出。这几天都是难点,大家不必看懂每个零件的意思,先过一遍,晚会放出详细购买清单。

  远端挤出机的安装,零件TB上有全套打印好的,我是自己打印的。远端挤出机是比较重要的部件,所以要仔细对待。将黄铜管接头插入接触机的输出接头中。PFA管尺寸 外径od4mm 内径2mm 用于送丝,5块钱搞定,黄铜管接头4毛钱一个,轴承4毛。

  打印头到了,是j head打印挤出头。说下挤出头的问题:左边的使用到了peek材质,所以一定程度上可以不用散热风扇,右边的是金属材质,必须使用风扇防止材料在内冷却堵塞。两者都使用到了铁氟龙内壁,已经很大程度上的解决了堵塞问题。左边的110,右边的60。

  机械臂:也是kossel的关键部分,原设计中使用了遥控赛车的拉杆关节轴承和空心管通过粘合成为机械臂(图中金色的那支)我认为遥控赛车的拉杆轴承不好,而且很贵(一套65元)可能会有虚位,所以换成了正宗的金属关节轴承和丝杆。金属关节轴承SI3mm 3.5元一个,共需12个,丝杆3mm185mm长,含切割13元。

  回过头来继续说下挤出头的事,大家选购挤出头的时候千万要仔细,乍看销量第一第二的性价比不错,都是大公司工厂生产的,有其自己的品牌。看第一排第二个和第二排最后一个148的那个头,保温胶带几乎绑住了散热peek全部,这是一个比较严重的错误,这样会导致peek散热不良而导致回流的塑料无法凝固而堵塞。可以发现一个问题,一些厂商其实根本不懂3d打印机的深入技术,而且卖得这么贵。可耻。

  高硼硅玻璃到了,关于打印底盘,可以用一般玻璃,我用得是高硼硅玻璃,可以耐热,虽然我不打算加热底盘,但是买高硼硅玻璃可以方便以后升级成加热底盘。玻璃30一片,直径17cm,厚度3mm 30一片。

  额外花费:因为老美的机器和国内的机器都是黑的要么是铝色的,想独特美观一点,所以决定上白色钢琴烤漆,2020铝型材烤漆三套花费250元,店家说如果量大的线元,找的是家附近的铝合金门窗店搞定。

  国外论坛的图,没错,这就是kossel另一个子系rostock。老外自己加大了尺寸,结果。。。三臂机型的优势就是可以随意加大框架尺寸。这点其他结构的打印机是很难做到的。所以建议新手第一台装机务必要从三臂机型开始,以后升级很方便。

  关于关键部件的挤出机步进这个成本大头,国内很多玩家做法都是直接上原方案,我认为这是无脑的。原方案使用的送丝齿轮是11mm外径的,而改良方案是使用5.5mm外径的,这是什么意思,就是用力矩比会差几倍,11mm送丝轮送丝的线元)或者更大的减速行星步进电机(200元)才能不失步,力矩要求基本在7.5n以上,但是如果换成了5.5mm外径的送丝轮,就只需要5.5n左右的42电机(45元)就可以了。意思就是自行车爬坡的时候你如果上的是大齿轮档当然累,如果上的是小齿轮档就会很轻松。

  铝框架烤了白色钢琴漆,有点稍微变厚,所以对应部件要进行放宽松设计。铝合金铝型材为2020型材,需要240mmX9条 600mmX3条,合计需要3米,不过50元不到。

  这几天在改cad,支架零件的cad都改好了,适应国内2020的细扣管,不过打印出来有3度的误差,搞得要重新打印。唉

  经过反复调试,框架基本没问题了,几乎没什么误差。框架设计图cad文件会在制作改进完后放出链接。这个框架根据老美的1515版本改进的2020版本再改进成的2020窄版,这样能适合国内的窄口2020型材,这样铝型材才能走滑车而不走高价的直线滑轨。

  这是最低配置的delta式三臂机型了。同步带,关节轴承,打印件都没用到用的是绳索(钓鱼线)来驱动三臂,绝对的delta超级屌丝机大家有兴趣的话也可以自己做一下。

  进度开始进入快车道,我现在每天修改cad文件,想把打印文件的种类从10多个缩到个位数内。减少零件的个数和种类有利于传播,但是难度是不能降低性能和稳定性。kossel的第一步骨架至此基本没什么大问题了。

  挤出机可以安装在顶部,或者安装在1/2高度,安装在1/2高度可以有效加强精度,缩短PTEF管得长度。

  和makerbot replicator架构的3d打印机的体积高度对比。因为是三角长条型,占地面积很小。丝盘也可以不挂在背部。

  10年刚回国那时候,发现一个香港人在淘宝上卖reprap的盘古架构3d打印机,应该是叫“印塑堂”的极客工作室,那时候reprap国内也很少,国外也很少,所以这是最早的国内TB上的3d打印机产品,我要了个样品,发现很粗糙,层高都0.3~0.4,偏移得厉害,因为那时候刚开始,所以国内真的没对比和技术,所以那机型买的人也很少。所以就没去关注这个机型。

  到了13年年初的时候,离职开始自己干,发现makerbot的replicator和thingOmatic架构开始在淘宝上蹿红,当时的3d市场还没有现在这么混乱,机种也不多,ultimaker架构开始在TB露脸。一些公司比较正规的开始依样画葫芦地照抄 这几个架构的打印机,当然当时的制作成本还是比较高的,因为是新技术么,都要定制零件,当时的国产打印机价格基本在5000+落后机型基本在4000左右。质量啥的有几家还是过得去的,如闪铸什么的。

  13年年中我自己装配了一台replicator架构的香港改进设计的migcecuble 3d打印机的套件,这个机型现在依旧是比较好卖的,因为价格不贵,而且样子很好看。价格在5000左右。到了13年下半年,我发现了一些不对劲。

  父母看报纸都会和我说“新闻今天在说3d打印机呢”,这时我突然意识到3d打印行业的一轮炒作开始了。仔细看淘宝的商品搜索,发现了几个台湾人做汽配的,跑过来做一种叫做万豪的品牌,当然也是清一色的抄袭makerbot设计,还在TB上刷评论刷销量,我对其页面抄袭其他产品的产品册和产品设计非常反感。他们只用了几块亚克力板还宣称自主设计,我觉得这样做生意不好,这样做人不正。然后渐渐地,我发现国内随着炒作入行3d打印机的公司或者团队越来越多了,不过基本上从来没有背离过抄袭这条路,基本都是成本千元左右然后卖个4~5000左右,质量开始层次不齐。

  到了14年,部分良心商家,大学生团队出的套件价格开始跌到2~3千区段,部分机型还是可以的,前几个月国内的corexy架构自主设计得打印机开始点名时间众募,价格在2880元我觉得是非常好的,前几天美国的团队推出了199美元的3d打印机,尺寸不大但是这个价格一出货,国内大部分不良商家肯定会被迅速挤出舞台。因为我经常关心,所以基本了解成本,所以请小白们务必不要买超过4000元以上的3d打印机。

  一个朋友前几天说,某某某公司的谁谁谁集了100万不到,准备请几个大学生和兼职工程师开始入行3d打印机行业了,其说这行业不难,趴点开源技术,切割几块板就可以做了。我觉得其实这正是大多数不良商家的现时心态:赚一票就走。

  然后就要说到kossel,我认为这台打印机的架构是非常好的,其扩展性是其他封闭架构的打印机不能比拟的,你只要按照kossel设计团队提供的算法计算,就能算出框架尺寸,做出一个房间大小的巨型kossel。

  我出这个教程和今后拟众募,其实就是想推广kossel,当然是改进后的中国零件版kossel800架构,因为我觉得如果这台机器套件能做到1000元以内,那么这个方案是极其可能铺开来的,目的其实还有一个,就是把TB上那些卖3999、4999、6999和10000多的kossel方案的不良商家赶出(如果你精良,卖高价还情有可原),他们是违背开源精神的。

  而且,往往这些商家还不能提供售后,赚了钱就走人。所以我希望,生态圈不要被他们搞烂了,是时候请他们滚了。

  这是国外玩家设计的滑轮滑块CARRIAGE方案,这个方案能有效降低成本,全套40元左右,替代掉200~300元左右的直线滑轨,精度经过测试相同,而且有直线滑轨没有的静音高速特点(600mm/s)。1515 19mm直径方案由两位国外玩家提出,2020国内铝型材27mm直径滑轮方案我会稍后放出。

  下框架本来是用三个大零件安装,每个打印需要至少4小时,现在我改成了和顶部框架使用一种通用零件,改动了零件设计,加了步进孔位,使步进机和2个支架合体成为一个大零件,减少了零件种类,和打印巨型零件的时间。

  大概设计了5种,都说老外憨设计也是,除了厚实其他都不管了,搞得打印的时候因为上下温度不同收缩而容易翘边,如果这种方案出去,别人做不出来是要骂人的,所以改成了支架结构设计,不损失强度,又容易生产打印复制品

  下面是老外的原设计,又厚又难打印,打印一个2小时,又会翘边,改版的打印时间1小时10分。基本不会翘边了。

  还有就是造远程挤出机。挤出机的设计者应该是个德国人,叫schlotzz,远程挤出机设计图地址:

  稍安勿躁,不要再最后关头出岔子,东西其实已经差不多了,不断调试改进中

  主要原因是我觉得装好kossel并不难,难的是后期的调试和改进工作。机器用到的各色螺丝和零件我一直在做减法,还有连接件方案也一直在改。关于thingiverse上的那个2020方案实际上使用的不是国标的2020铝型材,而是欧标的2020,所以型材槽位开口过大,大于6.5mm,所以是不能使用滑轮方案和一些后期改造的,(滑轮厚5.5mm)基本只能使用直线滑轨的,而且可能一些滑轨的开孔和其2020的也不同。这样就不利于普及。

  再者就是工作室的任务,手头还有5台机器要做,其实我们可以保证每天完成一台kossel的装配,但是我觉得依旧不能够保证很好的质量,如果质量不能保证,就不能出货,这是原则。说到质量,3D打印机比较关键的问题说到底就是精度和易维护性,精度由生产设备、供货、设计、经验决定,如果我现在做的是一个玩具,那么我大可不必这么纠结着1mm以内的问题,不过正因为我做的是3D打印机。可以想象,如果大家diy或者买了一台机器,要三天两头维护,即使机器卖1000元以内也无济于事。

  最后说下,关于kossel的血统reprap,reprap 3d打印机有着一个比较明显的血统观念,那就是自己能生产自己的零件(非标件),如果你有了一台kossel,那么你就能生产出儿子kossel,孙子kossel。这个血统是其他3D打印机不具备的,也是其不使用工厂生产非标件的一个原因,这也是开源硬件的一个有趣的地方。

  程序控制都是现成的,不需要什么高深的编程知识(但是如果你一点不懂呃,也不会点进来看了吧)。用的是arduino,非常流行的单片机了,就不多说了。最后的最后,送上kossel自行采购版的零件清单:

  kossel不停地单性自我繁殖。增殖速度随着kossel的数量增多而变快,如果有10台kossel,繁殖一台kossel的非标件只需要2.5小时。

  昨天去卜蜂莲花买东西,搜刮了一个马培德的圆规和卷笔刀。还搜刮了个拇指滑板和发条火车拿回家研究研究,某些设计或许可以加入到kossel中。

  半夜里开机刷零件,银色测试机新零件有点小问题,顺便将小伙伴们定的小贱钟零件做好了,准备吃早饭。强磁三臂目前比较顺利,估计这几天能开始各种测试。

  强磁关节三臂的底座设计第一稿,兼容kossel原版的三臂底座设计,尺寸不变,可以上原版滑轮,也可以上原版滑轨,不用改动固件中的某几个尺寸,咬紧皮带设计,可以不使用环状同步带。具体还要测试测试。

  强磁三臂设计基本搞定,不断测试中。切割的工厂也联系好了,切割能做到+-0.2mm也就是2丝。三臂是比较关键的部位。

  每天开机10小时左右,测试强磁三臂的耐用性和不确定因素,强磁三臂有几个小问题,不过瑕不掩瑜。有趣的是可以把2台kossel叠在一起

  说老实话,我也没有想到kossel的滑轮方案精度一点不逊色于其他方案。图中的Maker Faire Robot小人是测试打印机各项标准的测试模型。主要测试打印机的无支撑、定位、悬梁、挤出均匀、精度等各项水准。

  birdcage鸟笼测试是一个比较苛刻的3d打印机测试模型,一般热堆积fdm打印机很难完美打印,sla和dlp则能胜任,因为模型太小,而且每根鸟笼柱子都测试打印机的高速抽送丝的能力,如果是远端挤出机打印机,抽送丝能力则关系到是否会拉丝。所以非常变态。

  就到这吧,再搬下去小编就阵亡了。如果你对kossel 3D打印机感兴趣的话可以关注kossel吧。maximscy的工作室接单,kossel800也有自己的群,不过具体地址小编就没再搜了,各位自己在贴吧里挖一下,小编必须休息去了。。