基本硬件
2018-11-29

如果您想充分利用这项激动人心的新技术,必须全面了解3D打印机的硬件。您部署的硬件和软件工作都在一起工作......因此,如果对硬件知之甚少,则意味着您错过了一半的等式!

完全理解3D打印机的硬件可能非常困难; 然而,主要组成部分的目的并不像最初看起来那么难以理解。本章将简要讨论3D打印机的工作原理,并将继续介绍构成基本3D打印机的主要组件。

3D打印机的工作原理

到目前为止,您应该知道3D打印机通过逐层添加材料来创建对象,直到对象完成为止。打印机由一个框架组成,具有三个轴:

  • X轴(从左到右移动)
  • Y轴(前后移动)
  • Z轴(上下移动)

称为挤出机的零件安装在X轴上,其功能是供给用于创建对象的材料。挤出机本身的最低部分称为挤出机头 - 这是长丝熔化并从直径不超过一毫米的小孔“挤出”的部分。

称为挤出机的零件安装在X轴上,其功能是供给用于创建对象的材料。挤出机本身的最低部分称为挤出机头 - 这是长丝熔化并从直径不超过一毫米的小孔“挤出”的部分。

3D打印机的剖析

您无需了解3D打印机的每个部分即可使用它。但是,了解一个基本硬件和构建一个可以帮助你,如果你必须解决问题(并相信我们......你将不得不尽快修复你的3D打印机!)这种知识也将是一个伟大的当你出去实际购买打印机时提供帮助。

3D打印机使用各种类型和方法来创建对象,我们已经在本书前面的章节中讨论过它们。在本章中,我们将重点介绍融合沉积建模技术,这种技术是家庭中使用的桌面3D打印机中最常见的技术。可以认为该方法与“胶枪”方法相同。胶枪方法包括将灯丝加热到熔化的点 - 然后将熔化的灯丝放置在薄层中,并逐层创建物体。

打印床

打印床是打印机逐层创建对象的区域。根据您使用的灯丝类型,印刷床本身可能会被加热。你可以用画家的胶带覆盖一张非加热床。

对于加热的印刷床,重要的是在整个分层过程中保持印刷床温暖以防止翘曲。在整个印刷过程中保持40至110摄氏度的温度。

有些打印机可以达到极高的温度,如果周围有儿童,应该格外小心。你会很快学会不要触摸一张热身的印花床!

挤出机

挤出机通常被认为是塑料长丝挤出的组分。然而,这并非完全正确; 挤出机是负责将细丝拉伸并送入称为热端的部分的部件。

热端的各个部分的描述通常,挤出机集成在热端内。在其他情况下,它们可以远离热端,从而通过称为鲍登电缆的管将灯丝推到热端。带双挤出机的打印机可以同时使用两种不同的颜色和材料进行打印。这需要额外的成本,因为需要额外的挤出机和热端。

热门

3D打印机中的热端包括加热器,温度传感器和挤出尖端,长丝通过挤出尖端进给。正如他们的名字所暗示的那样,它们可以变得极热并且永远不应该被直接处理(我们的意思是......如果你重视手指,不要随意使用热端!)喷嘴上有孔,大小不等:介于两者之间0.2毫米和0.8毫米。

热端喷嘴越小,打印效果越好; 但是,打印对象所需的时间也会更长。

塑料长丝

虽然塑料灯丝不是打印机本身的一个组件,但它是一种消耗品,对其操作至关重要。正如您无法在没有墨盒的喷墨打印机上一样,您将在没有3D打印机灯丝的情况下被塞满。有三种类型的长丝可供3D打印机使用。在家用3D打印机方面,选择通常仅限于两种主要类型:ABS和PLA。我们将在本章后面详细讨论这两种类型。

不同类型的初学者友好型打印机

在本节中,我们将讨论每种类型的3D打印机的优缺点,以及一些有助于您决定应该选择的打印机类型的有用信息。

如果你还记得,三种类型的打印机是:

  • 熔融沉积建模(FDM)打印机
  • 立体光刻(SLA)打印机
  • 激光烧结(SLS)打印机

熔融沉积建模(FDM)打印机

熔融沉积建模可能是最常见的增材制造工艺类型,并且可能会遇到大多数桌面3D打印机。将长丝送入FDM打印机的挤出机中,在那里将其加热到足够高的温度以使其熔化。然后从喷嘴挤出该熔化的长丝,每次一层地形成物体。

FDM打印机的优点:

  • 相比之下,这些3D打印机是最便宜的,可以在1000美元到5000美元之间购买。
  • 这些打印机使用的灯丝也很实惠。
  • 他们可以使用各种各样的材料。
  • 它们易于维护,零件也可以方便地更换。
  • 他们可以非常快速地打印物体。

FDM打印机的缺点:

  • 喷嘴经常堵塞
  • 清理支持可能会有问题
  • 在最终产品中可以看到各个层(条带化)

以下材料可用于使用FDM打印机创建对象:

  • PLA塑料
  • ABS塑料
  • 木丝

立体光刻(SLA)打印机

立体平版印刷术可能是最古老的增材制造工艺。这些3D打印机包含一池液态树脂,通过一束紫外线(UV)光硬化。一旦形成图层,基座就会移动以允许创建另一个图层,因此该过程将继续,直到创建整个对象。

这种3D打印方法非常适合那些想要最终产品细节的人。这些打印机的成本在3000美元到7000美元之间。

SLA打印机的优点:

  • 最终产品可以包含低至25微米的细节(这比一张纸更薄)。
  • 使用此方法创建的对象的表面是平滑的。
  • 这种技术非常适合铸造和模塑以及创建模型。

SLA打印机的缺点:

  • 喷嘴经常堵塞
  • 液态树脂的使用可能非常混乱
  • 可以使用的材料是有限的。
  • 使用的材料更脆。
  • 这些打印机通常比FDM打印机更昂贵。
  • SLA打印机只能使用液态树脂。

选择性激光烧结(SLS)打印机

选择性激光烧结技术的工作方式与SLA非常相似; 但是,使用粉末代替液体树脂。激光用于加热粉末。一旦物体被创建,可以移除剩余的粉末,仅留下固体物体。

这些打印机目前非常昂贵,成本超过50,000美元。显然,除非你刚刚赢得彩票,否则这不会是一个可行的选择!尽管如此,如果您希望使用此方法打印模型,则可以使用大量在线打印服务。

SLS打印机的优点:

  • 它们可以提供低至16微米的细节。
  • 打印对象不需要支撑结构。
  • 可以在不需要任何组装的情况下创建工作机械部件。

SLS打印机的缺点:

  • 在打印物体后需要花费一点力气去除粉末。
  • 目前没有SLS打印机的桌面型号。

以下材料可用于使用SLS打印机创建对象:

  • 尼龙塑料
  • 砂岩

灯丝类型 - PLA与ABS

有许多不同的材料可用于3D打印机,从众多金属,木材,塑料到......等待它......巧克力!然而,当谈到塑料长丝时,两种最常见的塑料长丝类型是PLA和ABS。

PLA, or Polylactic Acid, is a type of biodegradable plastic with many features that make it desirable for 3D printing. For example, it does not give-off any fumes, nor does it warp as much as ABS does. When it comes to the appearance, it is also quite shiny and products made out of PLA have a sleek appearance. It is harder than ABS, yet more brittle. This does not at all mean that it will break easily – on the contrary, PLA is actually extremely strong, and it is far more likely to snap rather than bend as a result of any deformation.

ABS或丙烯腈丁二烯苯乙烯是一种由石油基材料制成的塑料。它的熔点远高于PLA。它非常强大,经常被用来制造乐高玩具。与PLA相比,由这种灯丝制成的物体比弯曲更容易弯曲。

本节将详细讨论这两种灯丝类型之间的相似之处,以及它们之间的主要差异。我们还将继续讨论灯丝厚度的差异。还将描述每根灯丝的优缺点,以帮助您为您的项目选择理想的材料。

共同点

ABS和PLA都被称为热塑性塑料。无论何时加热,它们都会变软并且可以成型,冷却后会变成固体。这个过程可以重复进行,这些属性正是使它们如此受欢迎的原因。

有很多热塑性塑料可供选择; 只有极少数用于3D打印目的。为了使材料可用于3D打印,必须通过三项测试:

  • 最初挤出塑料长丝
  • 3D打印过程中的二次挤出和跟踪绑定
  • 最终用途申请

为了能够通过三个测试,必须首先将材料容易地形成为称为塑料细丝的原始3D打印机原料。这些细丝排成一列。

其次,材料应该能够形成使用3D打印机创建的产品的准确部分。

最后但并非最不重要的是,塑料的性质必须具有与其强度,光泽度,耐久性以及许多其他品质相关的理想特性。

ABS和PLA,以及许多其他热塑性塑料可以轻而易举地通过第一次测试。这只是将基础塑料树脂转变为高质量塑料长丝所需的成本和时间的问题。

存储

如果在使用之前(或长时间存放),热塑性塑料如ABS和PLA的效果最好,它们是密封的,以防止它们吸收空气中的水分。

但是,这并不意味着如果在使用前将灯丝的卷轴放置一周左右,灯丝必然会被损坏。但是,长时间暴露在大气中会对材料质量和最终产品产生不利影响。

长丝用塑料包裹,以防止吸收水分这是比较储存ABS和PLA的效果:

ABS - 如果ABS暴露在大气中并吸收了不可接受的水分,那么当用于打印物体时,它会从喷嘴尖端冒泡并喷出。这将导致视觉质量,精度和强度降低,并且更可能堵塞喷嘴。通过使用食物脱水器等热源,您可以在使用前轻松干燥ABS。

PLA -PLA在暴露于水分时以不同方式起反应。除了在印刷过程中形成气泡和从喷嘴喷出外,还会看到轻微的变色和其性能的许多其他变化。
在高温下,已知PLA与水反应,这可导致解聚。解聚是一种将材料分解成更简单的化合物的过程。

您也可以使用食品脱水机干燥PLA,但请记住,这可能会导致材料结晶度的变化,并可能改变挤出特性。尽管如此,对于大多数3D打印机来说,这不是一个主要问题。

ABS - 当ABS被加热时,热塑料的显着气味非常明显。对于一些人来说,这只不过是一种麻烦,而有些人甚至没有注意到它。无论您是否注意到气味,都必须确保使用ABS的房间通风良好。另外,确保您使用的ABS没有污染物。可靠的挤出机也起着重要的作用,因为将材料加热到适当的温度可以很长时间地控制气味。

PLA - 由于PLA是由糖制成的,它在加热时散发出与食用油相同的半甜味。它肯定不会带回那些美味的家常饭菜的回忆; 然而,有些人认为它的气味要比ABS给出的好。

零件精度

ABS和PLA都具有允许它们创建尺寸精确的零件和产品的特性。在谈论零件的准确性时,还值得一提的是以下几点。

ABS - 使用ABS的主要挑战之一是与打印机印刷床直接接触的表面向上卷曲。通过加热印刷床并确保床是干净,平整和光滑的,您可以真正帮助消除这个问题。有些人发现在打印之前将更多的解决方案(包括ABS /丙酮混合物或简单的头发喷雾)涂在印刷表面上会更好。在3D Insider,我们在印刷床上试验了头发喷雾并取得了一些成功(请记住,头发喷雾是高度易燃的!)

某些特征(如尖角)通常最终呈圆形。可以使用小风扇来冷却喷嘴周围的区域以改善这些角落; 然而,过度冷却会导致层之间的粘附性降低,并最终可能导致最终产品破裂。

PLA - PLA的变形小于ABS。这正是它可以用于打印物体而无需加热床的原因。如果主动冷却,PLA可用于产生更清晰的细节,包括尖角,而不会出现材料开裂或翘曲。增加的气流还可以通过将层牢固地结合在一起来加强物体来辅助。

一般材料属性

无论某个部件的制作精度如何,它都必须能够执行其预期的功能。

ABS - ABS可以采用多种形式,也可以设计成具有各种特性。从本质上讲,它是一种具有适度柔韧性的强力塑料。在将颜色添加到ABS之前,它呈乳白色米色。材料的温和柔韧性使其易于打磨和加工。而且,与PLA相比,它更容易回收。

由于其高强度,柔韧性和可加工性,工程师通常更喜欢ABS。

解放军 - 解放军的起源包括甜菜,玉米和土豆。这就是解放军被认为比ABS更环保的原因。它通常用于包装食品和制作容器食品。在其原始形式中,它是透明的,但可以着色到不同程度的不透明度和半透明度。

它比ABS更坚固,也更坚固。使用PLA打印的物体具有光泽外观并且触感光滑。尽管如此,由于其复杂的联锁组件和销接头,使用起来稍微复杂一些。
细丝的厚度

ABS和PLA长丝有两种不同的直径:1.75 mm和3 mm

每台打印机(每台挤出机,更精确),设计用于一定厚度的长丝。您必须查看打印机的规格,以查看可以与特定型号的3D打印机一起使用的灯丝。

某些打印机的设计使用的专有直径可能与标准厚度略有不同。如果您还没有购买打印机,那么您可以选择支持标准直径的打印机,以便在选择塑料长丝供应商时有更多选择(在颜色,材料等方面有更多选择)。

长丝的直径可以从制造商到另一个制造商稍微变化。但是,如果灯丝标记为3毫米,则不得超过该值; 但是,它可以略小于3毫米(例如,2.88毫米)。

一些细丝也可以在其中具有长达几厘米的块状和颈部。肿块是直径超过额定值的那些部分。另一方面,颈缩是那些直径小于预期的区域。这可能导致干扰和剥离; 尽管如此,这种情况很少见,特别是如果使用的灯丝是由可靠的公司制造的。由于这个原因,通常建议避免“廉价”的灯丝。

结论

在结算之前,您应该仔细权衡每种材料的优缺点。考虑一下您需要打印哪种对象,以及它们需要满足哪些应用程序。

有人说PLA是初学者入手的最佳材料,你可能想尝试一下,看看是否属实。但是,我们从ABS开始,并没有发现它太难!您可以随时切换材料。

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