一、导言

        最近我组装了一台属于自己的3D打印机，并用这个3D打印机打印了几个简单的物体模型。今在此简要记述这令人欣喜的事情。

【Fig】我组好的DWmaker Z²

3D打印机是一个很酷的东西，它可以让普通人拥有创造现实的3维物体的能力，来实现个人的创意和想法。从几年前开始我就有造一个自己理想中的键盘的想法，虽然有过很多有趣的想法，但是基本上属于没有积极主动的尝试实践过，更多的只是旁敲侧击，更多的时间只是在键圈中瞎逛游，但是总有一种遗憾，那就是自己从没真正去实现自己的想法需求。想要做自己理想中的键盘，一个必须要有的能力就是要能够创造属于自己设计的物品，所以3D打印是一个必须的技能。

        在想清楚一些事情之后，我决定购买一台3D打印机，并简单的看了一些资料，对于开源的3D打印机比较感兴趣。考虑到这是我第一次尝试3D打印机，所以又不敢从最底层开始买零件组装，所以选择一个成熟的套件是自己最佳选择。最后选择了这台DWmaker。接下来，我就简要记录一下这台3D打印机的事情，包括自己安装，调试，打印，以及自己的一些想法。由于开始并没有打算写东西，所以有些过程忘了拍照记录，所以有些细节必须跳过。

二、3D打印机介绍

        在以熔融沉积式（Fused Deposition Modeling，FDM）的3D打印方式中，Ultimaker是一套目前比较出色的方案，在打印机区域大小，精度，打印速度都拥有非常不错的表现。

【Fig】一些常见开源打印机对比【文献01】

到目前为止（2019-06-24）Ultimaker已经发布了多款3D打印机，可惜的是原装的Ultimaker 3D 价格很高（至少我买不起），较好的是Ultimaker的方案是开源的，因此可以在次基础上进行生产和改进。

【Fig】Wiki百科关于ultimaker的介绍【Ulitmaker版本】 Fig】其中几款主要的机型参数对比【Ultimaker 2+与Ultimaker 3对比评测】

        我选择的套件是DWMaker Z²，淘宝卖家提供的一套基于开源Ultimaker的套件，卖家应该是一个资深的玩家，其淘宝店中也提供多种基于Ultimaker的打印机，这些打印机一般对原产的Ulitmaker做一些取舍或者改进。从淘宝评论来看，他们的3D打印机打印效果还是非常受买家肯定的，同时他们还有一个QQ交流群，也方便交流讨论。我觉得这样的产品比较适合我。所以我选择这台DWMaker Z²，它是以ultimaker2 Extended+的基础上进行多项改良的版本，本机最主要的改进就是使用的对角双Z轴，这样能够增加平台运动的稳定性。

【Fig】DWMaker Z²的基本参数

三、安装过程

        此次总共收到3个包裹：外壳（由工厂发货），PLA 打印热熔丝（四个颜色），打印机其他散件套件。3个包裹的加起来还是挺有分量的，注定了这3D打印机应该不小。

其中PLA热熔丝选了四种颜色：黑色，白色，湖蓝色，透明色。

由于卖家提供了详细的安装视频教程，而且这些视频也是直接针对双Z轴版本，所以总体安装过程问题不大。同时还有QQ群交流群存在，所以安装过程更加安全，至少心理感觉安全。卖家也鼓励说没有问题，给我唯一的建议就是仔细一点，宁愿慢一点，这样能够避免后续可能出现的问题，我也严格按照这点要求执行。

        安装之前，工作环境准备还是必须的。首先选择把客厅的茶几作为安装工作平台，同时用一个放在支架上的手机和一个大方摄像头对过程进行视频记录。由于需要按照视频教程进行组装，所以便携的kiwi（new surface pro）就派上大用场。

物品的包装还是非常仔细的，物品的分布也非常有秩序。

首先就是安装外壳，外壳主要分为两种材质类型，一种是铝层夹板，一种是亚克力面板。只是这部分的挡板后续处理有些粗糙，各种毛刺边缘。对于设计运动的机械部件最重要就是加工精确，我个人觉得还不错，安装还是很顺利，最后的外壳感觉非常稳固。

顶部光轴的安装非常讲究顺序，一定要确保每个步骤顺序是对的，否则就要重来，我是受过这个苦的，有一个同步轮忘了挂同步带了，所有都安装好了才发现，最后必须得重新拆下重新安装，这个过程痛苦的是心理，那是一种辛苦后重新来过的失落感，尤其是前面的操作有各种问题发生的情况下，其实再次重装的是很快的，因为不需要再走很多尝试性的路。

这里有一个比较困扰我的事情，那就是装好的光轴到底多么顺滑，才算合格的呢？视频教材中说轻松滑动，然后我感觉的不是的啊，我怎么感觉阻力不小啊。既然无法直接从教程中获得的判断标准，只能自己分析猜测了。如果没有安装好轴，会怎样？如果不合格必然是因为以下几种可能：

①轴不能在轴承中自由转动。显然这个物品精度是满足自由运动的，所以问题不在此。

②两个轴不平行。导致运动过程中轴之间的距离变化过大，那么必然导致在某一段轴上运动困难，无法在整个运动中做到均匀，甚至到达无法运动的程度。所以阻力大没关系，只要没有出现不均匀就应该没问题。

可悲的是在不断的调整中又把轴承给弄下来了，那种绝望又只能苦笑的感受历历在目，因为在组装外壳时为了把法兰轴承安装到侧板可花了不少力气，尤其是为了要的无缝隙，如果整个法兰轴承直接掉下来了，是不是意味着所有光轴都要重新安装，最后干脆省事，直接把法兰轴承压会侧板，也不在仔细关注是否完全无缝隙了，我感觉应该无缝隙了吧。然后挂上忘记的同步带，顺利组装完成。

然后按要求组装好打印平台

安装好几个步进电机

安装好机械部件之后，就需要安装电路部分了，这部分我对自己的要求就是要非常谨慎，尽量每一步都是确定的，因为接线错误可能就是带来物理的损坏，同时重新检查的困难。非常遗憾的是忘了给主板PCB来一张高清无码照，同时完成结果也忘了拍照了。我觉得这个错误有点大，因为这可能会涉及未来对机器的理解。

这样的电源插座接线方式也是我也第一次遇到，虽然中间有困惑，但是尝试之后才发现挺简单的。

经过连续两天N个小时的安装，终于完成了。接上电源，忐忑的打开开关，灯亮起，显示屏也亮起，好像没有什么错误的提示，按照要求对平台进行了一次简单但又不确定的调试，当打印头在滑轨上进行受控的运动时，似乎感觉有点不太真实，同时难掩心中的欣喜，难道一次点亮通过吗？这样就好了吗？

接下来就是打印测试了。是否能够通过测试，当然需要进行一次实战。去哪找打印模型呢？要去下载一个模型吗？当时还没意识到可以用线直接连接打印机和PC，有张附赠的SD卡，我得拷贝一个可打印的模型。我突然意识到我的grape（PC机子）附带的读卡器好像无法读取套了SD卡套的TF卡，可惜当时没有SD读卡器，不管怎么只能先试试，神奇的是grape竟然能读SD卡，更加意外的是SD卡内原来已有打印文件，一看fangkuai.gcode，我就立刻明白这就是测试文件。赶快从grape取下SD卡，塞到打印机的卡槽中，选择文件。机器开动，然后仔细观察打印头的运动。这些观察直接揭开的很多疑惑和不解，包括打印头的运动方式，材料的堆叠方式等等，甚至直观推测gcode代码应该包含的一些因素，对于理解打印机过程是一个极好的信息。

打印完成之后，机器自动进入冷却状态，并且实时显示温度变化。此时我不知道要等多久，到什么条件下才能取下物品，直觉判断还是要耐心等待，直到提示完成，才取下物品。打印过程没有报任何错误，经过半个小时的打印，一个方块就这样完成了，这是这台机器第一个打印的物品。

令人欣喜不仅仅是把一个物体打印出来了，更是因为方块的精度非常好，甚至完全超过我对3D打印机的预期，方块竟然能够做到如此的棱角分明，方块侧面竟然感受不到明显的材料堆叠痕迹，很是平滑。另外，PLA材料的硬度也足够的好，完全能够满足我的目的需求。突然感觉自己充满力量，因为今天我拥有的了一个造物能力。

四、打印作品

    3D打印切片软件直接采用了Ultimaker的Cura。对目前的我来说，除了一些打印参数理解不足外，软件本身操作简单直观。接下来会打印几个参考书上的示例，以增加对3D打印机的理解。

4.1 斯坦福兔子

·打印模型：Stanford_Bunny

·模型文件：https://www.thingiverse.com/thing:3731

·设置说明：基本沿用fangkuai的设置，因为是第二个打印物品，而我对于具体设置并没有更多理解，干脆延用方块的设置。以此来观察打印过程和效果，增加理解。

·打印过程和结果：

·小结：

①平台附着Brim的效果是在底部边缘增加数圈外围轮廓，我猜测目的在于增加物体在平台的附着力，但是感觉效果意义不大，因为这个单层的衬裙很容易从打印物体分离。

②20%填充率感觉还是挺高的，其实10%的填充率就可以了。

③耳朵的打印效果不是很好。我猜测不好原因是，这个耳朵倾斜角度过大，应该来说这种情况应该采用支撑，同时打印的冷却效果不是很好，导致打印过程材料来不及冷却，从而形成变形，另外还有外围轮廓数不够，导致有大角度的耳朵有坍塌现象。

④总体打印的效果还是还是可以接受的，除了耳朵部分，一般的表面精度还是不错。

4.2 平台的平整测试

打印模型：Build Platform Level Test Pattern

模型文件：https://www.thingiverse.com/thing:15709

设置说明：继续沿用前面设置，稍微做一些小修改。

·打印过程和结果：

小结：

①衬裙从开始Brim改为None，否则就会大错误，因为这个模型只有一层。

②这个模型底部要多涂一些固体胶，因为涂少了，容易从平台上脱落。脱落的原因除了可能的固体胶之外，还有可能是平台调平问题，打印头和平台之间的距离，有可能太近，有可能太远。

4.3 标准圆测试

打印模型：Circles - calibration set

模型文件：https://www.thingiverse.com/thing:12259

设置说明：同上

·打印过程和结果：

小结：

①发现衬裙出现前后位置不均匀的感觉，不知道是不是模型的原因，还是打印机没调好的原因。

②第一次打印出现了一个令人困扰的问题，这个问题甚至让我以为我的打印机没调好，打印机在某个物体上面的移动尽然出现顿挫感的卡顿，是打印头和打印物品之间出现的摩擦接触了吗？为了确保不损坏打印机，我取消了打印任务。为了查明原因回到PC查看了gocode文件图示，发现答案不是因为出现高度不一致导致摩擦顿挫。而是因为这个圆柱体模型设置了壁厚并没有完全使圆柱实心化，中间刚好留了一圈是空心的，打印设置了20%的填充，因此打印机要求在一个圆圈内做20%的填充，即把需要打印填充20%圆弧平均分配到整个周长上，所以造成感官上的顿挫感。这个现象不仅给理解打印参数设置带来实例，同时恰好说明打印机控制的准确。

③在这个模型打印中，我因为怀疑没有调好而导致卡顿，所以暂停打印后，大致调整了水平旋钮，尝试继续打印发现调整后圆柱体出现了断裂现象，说明3D打印层间厚度控制还是挺精确的，打印中间的调整导致堆叠密度不一致，从而导致结构的不稳定和脆弱。

④打印完成后，通过游标卡尺的测量，发现直径偏差范围还是挺小的，从而说明机器的轨道运动均匀度还是可以的，并没有造成大的椭圆偏差。

4.4 空心金字塔

打印模型：Hollow Calibration Pyramid

模型文件：https://www.thingiverse.com/thing:8757

设置说明：同上

·打印过程和结果：

总结：

①底部平台打得非常的坚实，并且棱角分明，说明打印机在平面的横向控制还是非常精确的。

②打印四根支柱的过程中，从下到上打印效果精度依次降低，特别是在内侧堆叠的面，有大量的坍塌现象。坍塌的原因前面已经大致分析过了。这里提一点是在打印这些斜柱时的打印壁厚设置不对，导致中间是空心的，我觉得这可能也加剧的坍塌出现。

③跨接打印并没有处理的很好，还是出现了一些连丝。这可能与冷却和打印丝的回退速度有关。

④最后就是金字塔的塔尖问题，无法控制形成个精度很高的塔尖。我个人认为只要是堆叠式打印方式，那么塔尖就不可能做到精确，不管这种打印机如何厉害都不可能，因为从连续性角度来看，遇到塔尖需要的打印料越少，而喷头的大小是限定的，所以不可能。当然有一些改进的方式，例如增加回退速度控制，增加冷却速度等等。同时也带来一个疑问，底部可以打得很精确，而为什么塔尖不行？答案就是堆叠控制方式，首先底部有玻璃作为限定光滑边界，其实底部有反复的层重力堆叠导致更加紧实。

五、总结

        3D打印机给我最大的愉悦是我拥有造物的能力。虽然不是所有东西都能做，但是至少给我提供一种方式。组一台个人的3D打印机，最大好处是让自己了解3D打印机的构造，从实践中学习了解3D打印的知识，对我而言，它更多只是一种工具，我知道在未来实践中，最重要的环节其实是3D建模，那才是自我设计的核心部分。

六、参考文献

【文献01】《解析3D打印机--3D打印机的科学与艺术 》机械工业出版社 Brian Evans著 P16