从零开始的3D打印机折腾（1）repstrap

无聊，想记录一下之前手搓 3D 打印机的过程，以及一些坑。

实际上整一台 3D 打印机的想法很早就有了，因为这玩意实在是太方便了。
比如：为电子制作打印一个壳子、做一些机械玩具、打印些摆件等等。
我觉得每个喜欢折腾的人都该有一台 3D 打印机。

于是首先看了 tb 成品 FDM 机器，好家伙基本都是些黑商，性能一般的开源机器能卖到 4 位数。粗算了成本之后觉得并不想交智商税，于是决定自己来设计、组装、调试机器。

Note

关于 DIY FDM 3D 打印机：直接参考 The incomplete RepRap Prusa Mendel beginner’s guide ，非常详细。

准备工作

查资料时发现一种叫做 Reprap 的东西：

RepRap is humanity’s first general-purpose self-replicating manufacturing machine.

RepRap takes the form of a free desktop 3D printer capable of printing plastic objects. Since many parts of RepRap are made from plastic and RepRap prints those parts, RepRap self-replicates by making a kit of itself - a kit that anyone can assemble given time and materials. It also means that - if you’ve got a RepRap - you can print lots of useful stuff, and you can print another RepRap for a friend…

能自我复制的机器，是不是听着就很好玩（虽然只有打印件可以 self-replicating），不过一个经典的问题随之来临：我特喵如何在没有 RepRap 的前提下制造出 RepRap 所需的零件？

RepRap 给出的解决方案是一个叫做 RepStrap 的东西，大概就是用一些锯出来的或者激光切割出来的板件（木板或亚克力等）来代替打印件，造出一台可以打印 RepRap 所需打印机的机器。

所以我们的流程是：RepStrap -> 粗制打印件 -> RepRap -> 精制打印件 -> 可用机器。

参考了 RepRap Options 之后，在 Prusa、Kossol、HBot、R-360 等结构中综合考虑后选择 Prusa 结构。
该结构便于 RepStrap 实现，且打印件较少，适合从零开始的制作。

Prusa i3 Source: https://reprap.org/wiki/File:Prusai3-metalframe.webp under GNU Free Documentation License

所以最终的方案是：先设计一台 RepStrap，然后用它来制造出一台 RepRap。

结构设计

亚克力框架的设计参考 Graber i3 和 Prusa X i3 的结构，并根据实际的金属件情况，尽量以缩小 lasercut 面积为原则来进行设计。

• XY：8mm 光轴 + 2GT 同步带驱动（行程约180mm）
• Z：双丝杆
• E：MK8 全金属远程挤出机

首先是画图，至于为什么是手绘的……是因为更容易修改，标注尺寸 其实是无聊：

然后用 CAD 画出 lasercut 图纸，丢给 tb 店去切。这里使用的 5mm 厚的透明亚克力板。

BOM & 成本核算

进行一个粗略的成本核算：

名称	规格	数量	总价
亚克力板与切割		1	178
Arduino Mega 2560		1	35
Ramps 1.4		1	19.88
A4988		5	28.25
MK3 铝基板热床	214x214x3mm	1	29.5
MK2B 高硼硅玻璃	213x200x3mm	1	14.8
42 步进电机	1.8° 2.3kg·cm	5	49
MK8 全金属远程挤出机	1.75mm	1	38.88
E3D-v6		1	47.8
光轴	8mm 320mm	2	17.76
光轴	8mm 330mm	2	19.76
光轴	8mm 350mm	2	21.76
T8 丝杆	螺距2 导程8	2	35.6
LM8UU		11	17.6
联轴器	5x8x25mm	2	7.56
2GT 同步轮		4	30.7
2GT 皮带	6mm	1	6
热床 NTC 温度传感器		1	2.3
电源	12v20a	1	49
各种螺丝类			约50
各种线材			约20

总计约 700 元。

比起 tb 黑商成品机器，可以说是非常便宜了（以 2015 年左右的市场情况来说，不过即使 2021 年的 Kossol 机器也要 800~1200），而且还有折腾的快乐，以及知识的学习 不得不说是超值。

组装与调试

拼装完成放桌子上大概长这样：

注意

使用锁紧螺母时要注意紧固力矩，避免将亚克力板压裂开。

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固件我们使用社区常用的 Marlin，打印软件使用 Pronterface，切片使用 Slick3r。刷入固件之后，先随便打一个 10x10x10mm 的方块看看：

可以看到虽然惨不忍睹，但是至少机器是能用了（

这种情况通常是因为挤出不足造成。调试方法：将喷头加热到工作温度，挤出一定长度，然后用游标卡尺测量挤出长度，根据偏差调整参数即可。

各种各样惨不忍睹的东西：

从左到右：挤出不足，冷却不足，XY跳步/电机电流不足/挤出过度，XY皮带未张紧，电机电流不足等等各种。

进行调整后，另一波稍微好点的废品：

• 挤出不足：调整固件参数 / 切片软件配置填充密度
• Wall 和 Infill 之间有空隙：切片软件调整 Overlap
• 圆形不圆：XY 步长错误，调整固件参数

再进行调整后，一些稍微能看的东西：

用游标卡尺确定工件的尺寸和模型尺寸误差较小后，即可进行实际工件的打印。首先需要打印的当然是 RepRap Prusa i3 的零件：选用 Prusa_Mendel_i3_Rework 。

提示

在此之前，建议在 Thingiverse 上搜索 Printer Test 并进行打印测试，以校准打印尺寸，并确定打印机的打印能力：

• FitTest：检测打印机是否能打印指定尺寸的物品，通常为两个能扣在一起的物体，如螺栓和螺母 NUT JOB | Nut, Bolt, Washer and Threaded Rod Factory 。
• BridgeTest：打印机的搭桥能力，即在空中拉线的最远长度 Ultimate Extruder Calibration Test
• OverhangTest：不依靠支撑的最大反向角度 All In One 3D Printer test

有必要对材料也进行 TemperatureTest 以确定最佳打印温度。Temp Tower PLA,ABS,PETG

你可以在 Thingiverse 的 3D Printing Tests 分类找到更多测试。

不建议在打印机测试完毕前进行任何实际工件的打印。

RepRap

机器基本能工作之后，第一件事当然是把不太稳定的 lasercut parts 换成 printed parts 了。在 Prusa_Mendel_i3_Rework 中，需要用到的主要就是 X 轴部件。将这些玩意打印出来：

重新装机，调整好 XYZ 三轴：

关于打印平台调平

建议采用 3 个调平点，每个点用弹簧和热床连接，并使用手拧螺母固定。比起 4 个调平点，这样的调平方式更加灵活，更容易调整。不建议使用自动调平，原因在下一篇文章会讲。

调平时，先将螺母拧紧，然后采取逐渐拧松的方式进行。喷头与平台的接触点以能塞入一张薄纸为宜。

这边额外加了一个皮带张紧器：

在 X-Idler 上还加入了一些设计：

• 打印冷却风扇
• 理线器

现在即拥有可正式用于制造的一台 Prusa i3 结构机器。虽然速度慢而不稳定

一些打印成品：

可以看到这台机器已拥有了足够的打印能力。

下一篇文章会详细叙述制作的过程中的一些问题、思考、和坑，以及对机器的一些优化。