3D Printer DIY 自製3D印表機

Z軸與加熱床之校正方法

我給Z軸用過光學ENDSTOP，也換了鋁合金板，還用過百分錶測量，換過兩三種玻璃，改過幾種Y軸基座與板加熱板、玻璃固定設計，結論就是每一種方法都可以改善一些，但是否值得呢?，經由千分錶可以看出，所有的平面都不平(我是指誤差很大，超過我們所需要的”大約0.1~0.15mm”)，所以不用花功夫在某一樣上的精準，只要用我以下的方法我相信是OK的，畢竟我們的印表機本身精度還沒到那麼高的等級。

網路資源分享

很有價值的網站與部落格，非常值得參考(版權屬於原著作，請參考該網站說明)

國內:

• 台北RepRap Facebook社團 https://www.facebook.com/groups/reprap.taipei/
• RepRap 3D Printer新手入門分享 http://www.ojelly.com/reprap3dp/
• 國內很少有的自製3D印表機詳細資料 http://diy3dprint.blogspot.tw/2013/10/prusa-i3-3d-diy.html
• 實驗室071
  

關於Repetier-Host你應該不陌生，是的，它就是我們常用的3D印表機在PC端的軟體，我們知道他有PC版的也有Mac版的，但是其實這家公司提供的不只是PC端軟體，它孩提供了韌體，在本篇之前我相信大家多數是用Marlin的韌體，我很好其當Repetier-Host配上自己的Repetier韌體時是不是列印出的品質或效能更好?

我下載了Repetier firmware，並且很簡單地經由Arduino IDE編譯成功，這至少代表它提供的原始韌體檔可以沒有錯誤地編譯，先別急著上傳至控制板，對了我們要修改Configuration.H檔案，很多人(尤其沒有C語言背景的)聽到這個就頭大，不過好消息來了，Repetier提供了網上(web based)自動修改並產生Configuration.H設定檔的工具(configuration tool)，以下就是這個過程:

1. Start開始
   先到configutation tool網頁，然後選擇剛剛下在的檔案目錄並且選擇configuration.h檔案，然後下一步。
   

列印樣品

全部列印出的東西，目前大部分都是用來測試或是好玩而已，少數幾樣困難度較高，比方說是超薄、中空、橋梁，抓到要領成功機會就高。

A4988步進馬達控制電路電流校正

1. A4988 date sheet (晶片詳細資料)
2. RepRap校正資料
3. 校正說明與方法(原文)
   A49882的工作電壓在3~5.5V，馬達電壓8~35V之間。
   A4988最大可以支援每個線圈2A的電流，通常使用大約都在1A左右，如果電流偏高將使得A4988發熱，此時請安裝散熱片以確保它能正常工作。
   A4988具有控制此情況的能力，它外部電路上設計有一個可調電阻，透過調整這個電阻可以調整所需的限流值，首先在不發送給A4988控制訊號的情況下給A4988供電，工作電源與馬達電源都需要供電，當然也要接上馬達，測量目前單一線圈的電壓，然後可以回算出我們應該調整達到的值。這個所測量到的值應該為額定電流(限流)的0.7倍。
   

i3之Configuration.H之說明(for Marlin)

這是一個header檔案，簡單地說就是一個儲存印表機主要參數與配置設定的檔案，這個檔案裡面的參數大概可以滿足95%的使用者，至於你需不需要去更動那要看你的硬體是否跟原創作一模一樣，不論你是什麼樣情況，透過以下解說相信你可以很快了解。

在編輯器上，您可以透過搜尋功能找到以下關鍵字，然後來進行適合的修改，請注意編輯器上面灰色的都是注解，您沒有必要修改註解，改了也不會影響結果，修改時請修改黑色字體。

#define MOTHERBOARD 33

定義控制板為 Mega 2560與RAMPS為RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Bed)具有單一擠出頭、具有風扇和加熱板的功能，原來值7為Ultimaker並不符合我們的硬體。
(這個板子跟Ultimaker功能是完全一樣的，但IO配置不同，而且Ultimaker是使用的熱電偶+溫控板(AD597)當作溫度感應器，而RAMPS 1.4是100k的熱敏電阻)

#define TEMP_SENSOR_0 1

步進馬達參數計算

進馬達行徑所需步數計算: 由於每個人買的步進馬達最小基本角度和同步齒輪有可能不一樣所以您需要計算每1mm馬達需要轉多少步數，以確保步進馬達可以控制你的噴頭到正確的位置。 網站http://calculator.josefprusa.cz/可以免費線上計算，計算並不困難，以下是簡單的翻譯說明:

• Steps per millimeter - belt driven systems (皮帶帶動的每1mm所需步數計算)
     i. Motor step angle: 步進馬達基礎角度(每一步的角度)
  ii. Diver microstepping: 在RAMPS上JUMPER跳線設定的微步類型，通常設在精度最高角度最小。
  iii. Belt pitch: 皮帶的間距。(如果知道皮帶種類可以跳過此項直接到下一項去設)
  

介紹與說明

何謂Arduino Mega 2560?

Arduino是一家公司，網站位於http://arduino.cc/，主要生產控制電路開發所使用的相關產品，範圍很廣，很受歡迎，其中Mega 2560是我們所要使用的，當然使用其他的控制器也可以但不在此篇討論範圍。以下都會將Arduino Mega 2560簡稱為控制板。

何謂RAMPS 1.4 ?

RAMPS 1.4 是RepRap Arduino Mega Pololu Shield的縮寫，主要是設計給步進馬達驅動器的介面電路，Pololu是使用A4988的驅動電路，1.4是電路版本，目前最新的是1.4，Arduino Mega 2560透過RAMPS 1.4介面跟步進馬達控制電路溝通藉而控制步進馬達以及其他硬體(如加熱器等等)。目前可以接X,Y,Z三軸與最多2個擠出頭及兩個散熱風扇(後詳)。

i3的校準與列印

重頭戲來了，如果你已經組裝好了，你會發現組裝本身根本不是件難事，只是花了些時間，尤其事一堆的線怕弄錯又要整理實在有點費時。如果你已經破不急待列印了那麼不管你印出來的是什麼樣子，至少你的印表機會動了。如果你已經可以列印出不差的東西請不要急著印什麼鋼鐵人公仔的東西，我保證你大失敗。請先列印些測試方塊，我有些不錯的建議等有空在PO上來。

接下來的校準極為重要，如果你校準不好，你印出來的東西根本是不能用的。在校準過程中又以Z軸歸零與加熱板間距校正最為重要，我再說一次:Z軸歸零與噴嘴與加熱板間距極為重要。

1. X,Y軸之校準，這個比較簡單如果你已經可以列印出一些測試物件，如一些立方體或是可以用來量測的物件，就可以用游標卡尺來測量尺寸是否正確(再期望誤差範圍之內)，如果太大或太小可以調整前面提到的步進馬達參數計算來調整。如果列印出來的XY是斜的那就有點麻煩，你可能需調整框架或是組裝造成的XY的90度夾角問題。
2. Z軸高度校正也是ㄧ樣，如果列印出來的物件太高或是太矮，請調整步進馬達參數來校正。
3. 加熱床的水平，與其說加熱床水平不如說噴嘴與加熱床在各個位置的間距要一致，比方說你噴嘴在左上角時的位置與加熱板的間距如是0.2mm，請利用PC端軟體移動你的噴嘴X與Y的位置，它在任何一個位置都應該是0.2mm不應該有太大改變，如果間距明顯改變就必須調整你的加熱板讓間距維持一致。
   我在製作時遇到一個問題，四個角落間距都正常但噴嘴移到中間時間距就變成零(沒有間距，完全壓在加熱板上)，難道玻璃不是平的? 這個問題困擾我很久，雖然我一直都可以列印出不差的白色或透明物件，但當我使用藍色材料時(同廠牌不同顏色有可能有不同的附著力或是溫度需求)，就出現無法容許這樣的大誤差，我最後發現可能是因為最下方的壓克力經由螺絲鎖著上方的加熱床PCB，由於螺絲孔位略有一點點誤差導致螺絲鎖緊時加熱床拱起來，玻璃又以夾子固定在加熱床PCB所以讓玻璃也跟著略有凸出，至於到底3mm玻璃與加熱床PCB誰比較硬，我已經不想研究，雖然在壓克力板與加熱床PCB中間有彈簧做緩衝但依然造成這個變形問題。我自製了一塊3mm鋁合金的板塊(比純鋁硬度高)取代原來的壓克力，換上去之後解決了這個問題。
4. 噴嘴與加熱床的間距，大家都說大約一張紙的厚度，這有點籠統因為紙張有磅數厚薄，還有噴嘴壓到紙張多緊算是適當，我的經驗是大約一張80磅的紙讓噴嘴壓住有點緊緊的但又可以輕鬆讓紙張進出移動的距離，專業地說大約0.1mm~0.15mm。如果你可以讓你的噴嘴在玻璃上任何位置都保持這個間距，那麼列印的成功機率應該是相當地高，由於間距問定，即使有時需要微調間距時也可以直接調整Z軸上的螺絲，微調觸碰微動開關的高度就可以了。
   第一層列印完美，就可以接下來的每一層都容易成功，第一層問題點多，就會引領接下來的每一層都存在問題，如果其它層在列印過程中無法抹除或是排除這樣的問題，將會注定列印出一個失敗的作品。
5. 物件黏不住加熱床，你有這方面問題嗎? 不論你怎麼調整加熱床溫度，物件就是黏不牢玻璃，最後是整塊列印一半的物件被噴頭拉著跑，相當氣餒。告訴各位一個妙招，就是在玻璃上面放一張紙，紙張的附著力比玻璃好太多，我保證你的物件可以牢牢地黏在紙上，不過你需要將噴嘴與加熱床的間距加多一點點，大約0.1mm(就是ㄧ張紙的厚度)。
   這種妙招只能暫時解決你的問題，因為它有相當的後遺症，首先紙張背面要黏個兩三條雙面膠帶(拜託你用薄的，而且不要打十字，因為交叉點會太厚)，用膠帶的原因是即時用夾子夾住紙張，在列印中還是會造成紙張浮動，造成歪曲或失敗，還有由於紙張很軟，列印完時不要急著拿起物件，紙張是軟的，這樣會造成物件底部隨紙張變形，還有一點，物件在冷卻過程中收縮，有可能造成底部彎曲變形，最後就是你要把底部撕不乾淨的紙張洗掉，可以用濕菜瓜布輕輕將紙垢刷掉。
6. 加熱噴頭水平問題，加熱噴頭組裝在擠出組件上，相對於加熱床應該要是平行的，如果噴頭相對於加熱床是有傾斜，可能會造成噴頭移動戳到列印中的物件，所以要注意噴頭上方散熱器的冷卻，一但熱傳上去造成固定噴頭的塑膠軟化就會造成噴頭傾斜甚至讓間距大位移。

Prusa i3 材料BOM表

機構材料

1. 框架(Frame)，改良型雷射切割圖檔與簡化型雷射切割圖檔。
   
   
   
   

基本組裝與步進馬達測試

1. 先測試電子的部分，這樣一開始比較有成就感。首先我要要測試Arduino控制板所以請先下載最新版本的Ardunio IDE軟體(Arduino整合發展軟體)網址在http://arduino.cc/ 請到Download下載Ardunio IDE並執行安裝。
2. 將Arduino Mega 2560接上USB線然後插入電腦，即使Arduino Mega 2560有外接電源的接頭但它其實是不需要外接電源的，可以直接由USB供電，所以請直接插在電腦上，盡量不要插在USB HUB上面(除非你確定你的USB HUB電流足夠)。Arduino Mega 2560會自動安裝驅動程式(筆者使用Windows 7)，等待驅動程式順利安裝完畢，控制板的電源燈閃爍之後再進行以下步驟。(以上步驟只是確定你的Mega 2560可以順利通電)
3. 拔除USB線，因為我們現在要將RAMPS 1.4組裝到控制板，當RAMPS 1.4安裝到控制板之後將步進馬達JUMPPER跳至所需位置，這些JUMPER是用來控制步進馬達激磁相數的。
   
   
4. 然後再將A4988步進馬達驅動器(共5個)組裝至RAMPS 1.4。請注意方向不要插錯，否則有可能燒毀。
5. 將外部電源供應器連接至RAMPS 1.4，然後讓電源供應器保持在關閉狀態。
6. 我們要測試步進馬達，請先至http://reprap.org/wiki/File:RAMPS1.4_TestCode.pde下載測試程式，請下載頁面最上方RAMPS 1.4 TestCode.pde的程式，如果沒有下載成功請點選然後按右鍵選擇另存新檔。
7. 經由USB重新連接Arduino控制板，執行PC端剛剛安裝的Arduino軟體，然後選擇檔案->開啟，選擇剛剛下載的RAMPS1.4_TestCode.pde檔案，然後選擇Arduino軟體介面上的箭頭符號，這樣它會自動Compile(編譯)在沒有錯誤的情況下會自動上傳至你的Arduino控制板，上傳完成下方狀態列出現"Done uploading."。
   
   

Cura的使用介紹

Cura使用介紹:

Cura其實非常之簡單好用，而且使用預設值印出來的品質比Repetier來得好。 下載安裝之後首先Cura會引導你進入設定精靈，依序設定你的機種應為Other(Ex:RepRap, MakerBot)再設定其他的機種訊息為Prusa Mendel i3。

第一次啟用Cura會帶你進入快速設定精靈如下圖，請按繼續。

然後選擇Other，因為我們機器是RepRap。

接下來選擇Prusa Mendel i3機種，接下來按完成即可。

Prusa i3 小技巧

1. 覺得加熱床的支撐板太軟有彈性導致加熱版和耐熱玻璃高度不好調整嗎? 雖然加熱床上面是有彈簧的設計，但我目前還是習慣用手動方式調整這樣可以讓我比較精確掌握噴嘴的高度。
   我將我的支撐板改成使用鋁合金的材質，硬度相當夠，很滿意。
   
   
2. 覺得X軸的皮帶不夠緊嗎? 由於Y軸的緊度可以經由後方改良過的同步輪固定座調緊，但是X軸呢?
   

使用工具

所需工具見仁見智，有些不是必備但是有個好工具總是方便施工。

1. 各式一般工具以及刮刀，內六角板手是必備因為大部分螺絲都是內六角，由於某幾個尺寸內六角使用頻率高，我為了方便我還買了幾支有手把的內六角(如圖二左一)。

雕刻機(小型打磨機)，這幾乎是必備，不但可以用於裝時的修改一些誤差，也可以打磨你完成的物件，注意喔!我不但有使用打磨工具，我還有用銑刀，用來修比較需要吃深的部分。

耐熱膠帶與潤滑油