DIY 3D打印机技术方案研究

卢崇雨

摘 要：3D打印作为21世纪最主流，最热门的话题之一，吸引了不少创客、DIY爱好者争相学习、研究和开发。本文通过对当下3D打印发展趋势的分析，主要从DIY 3D打印相关的硬件、软件总结几种流行的DIY方案，提供相关DIY 3D打印网站，方便大家交流、学习。

关键词：3D打印；DIY；硬件；软件

0 引言

DIY的意思就是do it yourself。要想制作一台3D打印机，我们必须先要了解3D打印技术的种类、原理，再深入了解他的硬件结构，包括它及否存在各种硬件搭配所遵循的兼容原则，其控制系统如何设计、搭建，能否结合切片软件对上位机进行精确控制。固件也是一个DIY需要解决的问题，不同型号的主控板对应不同种类的固件程序。各种各样的切片分层软件也是DIY爱好者不得不面临的选择，接下来先分析何为DIY 3D打印。

1 什么是3D打印？

作为科技发展的必然产物，3D打印技术是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。顾明思议，3D就是一种空间立体形态，不同于2D的是，它将平面转换成空间，简单来说，类似于打印机打印，只不过垂直于平面方向也进行打印。就好比建房屋，平面上打好根基，在纵向上一层一层增加高度。目前该技术广泛用于珠宝、工业设计、建筑、工程和施工、医疗、教育等各个领域。

2 3D打印技术分类

在3D打印界，打印方式主要有两种。一种是“FDM”——“熔融沉积成型Fused Deposition Modeling”，基本原理是通过加热装置将ABS、PLA等丝材加热融化，然后通过挤出头像挤牙膏一样挤出来，一层一层堆积上去；另一种是SLA——“立体光固化成型Stereo Lithography Apparatus”，基本原理是通过激光束在液态光敏树脂表面勾画出物体的第一层形状，然后制作平台下降一定的距离，再让固化层浸入液态树脂中，如此反复。而光固化这种打印方式，目前有两种主流的技术，一种是通过激光点成型；另一种是通过DLP这种光束成型。DLP技术用于3D打印机之前，已经广泛的用于数字影院、微型投影仪等产品中；用于3D打印机之后，带来更多益处。基于DLP技术的3D打印机能够制作非常复杂的物体，并且能使物体的表面非常光滑。

3 3D打印目的和意义

3D打印技术相对传统制造技术是一次重大的技术革命，用“颠覆”传统制造技术来形容也不过分。它能够解决传统制造所不能解决的技术难题，能够为传统制造业的创新发展注入新鲜动力。但是，传统制造业经过了数千年的积累和发展，已经在生产工艺、生产技术、材料等方面发展成熟，并形成了配套完善、功能齐全、社会各界广泛认可的产业基础。3D打印又被称为“增材制造”，是一种快速成型技术。3D打印技术对于生产者来说可大幅降低生产成本，提高原材料和能源的使用效率，减少对环境的影响，它还使消费者能根据自己的需求量身定制产品。近年来，各大国对3D打印这项新技术都投入巨大，中国也不例外，但由于3D打印技术的这些优势和缺点，我国在发展这项技术时应未雨绸缪、冷静应对。

4 DIY 3D打印机技术方案

4.1 切片软件

3D打印开始之前，首先要对模型进行切片、分层，也就是我们所说的预处理。对于生成的切片数据有两种方式处理：将软件获得数据通过串口通信传递给主控板；通过切片软件直接控制上位机。两种方式在现在的DIY方案中都很常见。切片软件目前主要有以下几种：slic3r、creationworkshop、MakerBot、XBuilder、Cura等。

MakerBot：由美国Makerbot公司开发的一款切片软件。操作界面非简单，只需要简单的几个步骤即可完成切片。

XBuilder：由西锐三维打印科技自主开发的一款中文版软件，界面简洁、操作方便。支持.stl，.gcode，.obj等常用3D格式文件。更重要的是，界面完全汉化，对于英语不好的DIY爱好者来说是个不错的选择。

Cura：是Ultimaker公司设计的3D打印软件，以高度整合性及容易使用为设计目标。但相对来说界面还是较为专业，初学者不建议使用。

Creationworkshop：是一款开源的切片分层软件，带有DLP投影仪以及上位机的控制功能。

4.2 主控板选择

主控板就好比人类的大脑，它是3D打印技术的关键，也是DIY爱好者不得不慎重考虑的问题之一。常见的主控板有mega2560（Ramps1.4扩展板）、mega2560合体板、Sanguinololu、Melzi、树莓派、Printrboard、RepRap等。

Sanguinololu是一种供Reprap等数控设备使用的低成本ALL-IN-ONE主控板解决方案。它设有一个的板载Sanguino（与arduino类似的最小系统，使用ATMEGA644P芯片同时兼容ATMEGA1284）。它的四个轴均采用Pololu引脚兼容的步进驱动程序。

Melzi是一个完整组装好的RepRap主控电路，而且是很便宜地大量生产。它是基于Arduino Leonardo的扩展板。

Mega2560、Ramps1.4是最常见也最实用的主控之一，适用于SLA、DLP打印技术。它提供了LCD、SD卡、限位开关以及A4988电机驱动接口，功能全面实用，而且适用于Marlin固件，加上固件的开源代码较为全面，更为DIY爱好者提供便利。

5 结束语

正是由于3D打印的高速发展，才涌起了大量的DIY 3D打印爱好者，他们在不断探索、改进、发明。上面的总结希望对大家在DIY这条道路上的探索有益，本文有不全面的地方，望大家在学习、试验中不断尝试，提出更为优秀的DIY方案。

参考文献

[1] 余明春.3D打印机切片软件种类及使用方法[EB/OL].