Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

本帖最后由南极小熊于 2014-8-28 00:35 编辑

南极熊3D打印网报道

Plan B是一款开源的3DP 3D打印机，使用粘合剂和粉末制造物体。只要部件的来源合适，Plan B打印机只需要1,000欧元（1,300美元）就可以组装一台。Plan B使用标准的3D打印机零件和电子元件、现成的喷墨组建、一些3D打印的部件，还有一个兼顾的激光切割（或是水切割）的铝制框架。
Plan B具有达0.05mm的步距精度和96DPI的打印精度（来自其HP C6602喷墨盒）。Plan B上的喷墨技术基于InkShield。打印机的打印体积为150mmx150mmx100mm，打印的层厚度为0.15-0.2mm。目前，打印机的打印速度为60mm/s，如果使用更好的固件，这个速度很容易就可以翻倍。
打印机目前使用特殊的3DP石膏和相应的粘合剂进行打印。其他材料还有待探究。
本文包含了有关Plan B的一些必要信息，但部分内容并没有深层次的解释，你可以到英文网站 Ytec3D.com/plan-B和http://ytec3d.com/plan-B-building/中自己阅取，所有的文件都可以在网站上免费下载及使用。

第一步：什么是3DP打印

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

3DP的工作原理：
3DP使用普通喷墨打印机利用的相同技术。打印机会在特别的粘合剂上使用特别的粉末进行打印。每一层都会在另一层完成之后才会开始，3DP打印机会将新的一层粉末沉积在旧的一层上，再开始打印新的一层。

可能的材料：
3DP打印石膏，石膏和结合了粘合剂的不同粉末的混合，含有大量水，和很多未知物质（当然是商业秘密）；
陶瓷粉末，加入麦芽糊精（Maltodextrine），结合米酒或是伏特加；
USG Hydroperm或是其他高质量的牙科石膏，结合米酒；
糖和未知的粘合剂。
（如果你想了解关于这些打印材料和粘合剂更详细的分析，请点击这里）

优点：
因为更小、更可控，更高的精度；
不需要支撑材料，材料自己产生支撑；
全彩潜力，喷墨可全彩打印，Plan B还未能达到这种程度；
剩余材料可以重新利用；
支持很多不同的打印材料；
材料成本可能会较低。

缺点：
粉末打印本质上有一点麻烦；
打印的物件通常需要后期处理；
粉末打印机进行打印，材料需要填充到一定的高度，无论物件的大小；
3DP一次仅可以打印种材料；
中空部分需要避开洞口，疏通未固定的粉末；
薄壁和棒结构未经后期处理都是比较脆弱。

第二步：获取材料
在打印开始之前，材料需要聚集在一起。Plan B上拥有很多一般的3D打印机使用的零件。大部分的零件都是现成的，可以从当地获取。你住在荷兰的话，就可以考虑reprapworld.com，这是一个非常方便的网站，如果你在其他地方，你就要自己寻找零件的来源了。

工具：
M3、M4内六角扳手；
5.5mm (M3)、7mm (M4)、10mm (M6)扳手；
螺丝批（电子螺丝批会更加方便）；
钳子；
烙铁；
阿钢锯。

机械零件：
8mm光面钻杆：4x 500mm；
8mm光面钻杆：2x 310mm；
8mm光面钻杆：3x 180mm；
5mm光面钻杆：1x 265mm；
5mm光面钻杆：1x 135mm；
T2.5同步齿带5mm宽：1x 1.8m；
T2.5同步齿带5mm宽：4x 1.2m；
铝滑轮T2.5 16齿：5x；
LM8UU轴承：12x；
624ZZ轴承：25x；
625ZZ轴承：2x；
16x2mm铝管。

螺母和螺栓（这是大概，具体值可能会略有不同）；
M3螺母：60x；
M3垫圈：116x;
M3 cil. 螺丝，10mm: 40x；
M3 cil. 螺丝，16mm: 55x；
M4螺母：64x；
M4自锁螺母：207x；
M4垫圈：471x；
M4 cil. 螺丝，16mm: 10x；
M4 cil. 螺丝，20mm: 130x；
M4 cil. 螺丝，30mm: 44x；
M4 cil. 螺丝，40mm: 32x；
M4 cil. 螺丝，50mm: 12x；
M6螺母：56x；
M6垫圈：24x；
M8螺母：3x；
M4螺纹杆：2x 190mm；
M6螺纹杆：6x 180mm；
M8螺纹杆：3x 165mm；
M3 threaded spacer post: 4x；
打印床弹簧：12x。

喷墨部件：
HP C6602墨盒，最好购买多几个，有的可能会损坏；
用于C6602的HP Q2299A载体：1x；

提高多路分解器电路的电子元件：
提高信号分离器电路板：1x；
ULN2803: 2x；
HC4067: 1x；
MC34063A: 1x；
电阻器1kΩ: 1x；
电阻器33kΩ:1x；
电阻器2，2kΩ: 1x；
电阻器0，22Ω: 1x；
电阻器180Ω: 1x；
电感器180μH: 1x；
电解质电容器，100μF 16V: 1x；
电解质电容器，100μF 35V: 1x；
电容器1,5μF: 1x；
二极管1N5819: 1x；
发光二极管5mm: 1x；
盒式联箱，16针：2x；
FFC连接器16 pole: 1x；
螺旋式接线柱 5.08mm: 2x；
集管2x4阳性: 1x；
集管1x3阳性: 1x；

根据电路板的版本，你可能还会需要（DIY）：
继电器7x12mm 12V，1x 开关：1x；
二极管1N4001：1x；

或是（专业）：
4N35：1x；
电阻器Resistor 1kΩ：1x。

第三步：制造零件

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

Plan B还具有需要自己制造的零件，你可以选择自己制造，还可以通过第三方。钣金的文件和相关的3D打印文件都可以通过这个网址找到。（http://ytec3d.com/plan-b-materials/）
3D打印部件
复杂的3D外框部件是3D打印出来的。几乎所有的3D打印机都可以完成这些打印。最大的部件是GUI固定器，即屏幕和按钮的固定器。这个部件为120mmx110mm。其他所有的部件都小于100mmx100mm。推荐使用PLA材料，因为PLA具有收缩性，你还可以选择使用ABS。总的来说，Plan B的打印需要约1kg材料。

钣金部件
外框的大部分都是使用4mm铝板制造的，部分是用6mm的铝板。这些钣金部件需要使用工业的激光切割或是流体喷射（flow jet）。想要手工制造这些部件几乎是不可能的。你可以到机械商店中看看是否有这类部件出售，最高报价约为350欧元。

打印电路板
Plan B还需要额外的电路控制喷墨盒。这个电路可以将12V转换到20V，是墨盒的12喷嘴通过4针口可用。根据你想使用的版本，你将需要制造不同的PCB（印刷电路板）。两个版本的PCB都可以在这里下载。（http://ytec3d.com/plan-b-electronics）
DIY版的单面家用蚀刻PCB，更大，需要跳线，不过这个版本可以通过任何的家用蚀刻技术完成。
专业版是双面蚀刻，需要有镀孔，这是专门为专业版的PCB打印服务而优化的。它更小，仅需要零件本身，但是更小的数量也可能要更高的价格。

第四步：组装框架

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

组装Plan B的过程是非常复杂的，几乎占据了大部分的时间。所有的零件都通过M3、M4、M6螺栓固定在一起。图纸上列明了每一个螺栓的位置。电动螺丝刀将是一个非常明智的选择。手动完成所有的螺旋某种程度上是非常蛋疼的一件事。这里并没有组装时的照片，但是有相关的技术图纸。较低分辨率的展示和较高分辨率的PDF都可以在这里进行下载。（http://ytec3d.com/plan-b-assembly/）
你可以从活塞开始进行组装。在框架建立的时候，需要调整到适应活塞。你还需要在这个过程润滑活塞螺杆，因为安装到机器之后，你想要在碰到它们就很难了。
下一个就是分散器（spreader），同样需要在框架建立的时候安装进去。
在搞定活塞和分散器之后，就可以组装外框了。框架上的所有连接都是使用T形槽连接的。推一个M3螺母到槽中，再使用M3螺栓连接框架的两部分。在扭紧之前，都要查看一下活塞在漏斗中是否顺滑，如果不是的话，就要调整打印机的壁知道顺滑为止。
组装墨盒，墨盒载体需要用带裂（tie rips）安装到墨盒上。
组装X轴，并将墨盒安装到X轴上。
组装Y轴，并将安装好墨盒的X轴安装到Y轴上。
确定所有轴承都可以光滑运作。如果轴承产生阻力，尝试手动推动轴承，轻轻地移动一下或者是轻轻地松开锁住轴承的螺栓。如果所有的轴承都可以光滑运作，你就可以添加同步齿带了。
电子元件装好后，活塞也可以进入了。发动机不运行，它们都很难安装。

第五步：电线和电子元件

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

lan B和Megatronics（开源3D打印机主板）

完成组装之后，打印机就可以安装电线了。大部分的电线都是使用满16极带状电缆或是一条带状电缆。唯一例外的是加热电路，从12V电源到加热电阻都需要安装至少1.5mm2的电线，否则电线就会加热过度。
在每个打印床下都会有加热器。这些加热器是8x 2.2Ω 25W的铝壳电阻，以四对的方式连接，相当于串联的两个电阻。两对在填充活塞下，而两对在建立活塞下。电线需要约1.5mm2，需要流经不小的电流。
Megatronics V3位于Plan B的心脏位置。选择Megatronics V3是因为它拥有6个步进电机驱动器，正正是所需要的数量。它还拥具有键盘和LCD屏幕所需的所有电子元件。这样就无需另外设计主板了。原理图完整地展示了什么需要安装电线。使用Megatronics V3对应的文件可以确定屏幕等部件要如何处理。
Megatronics需要配置的重要一点是调整微步的设置，这需要四分步。如果你使用A4988步进电机驱动器，只有中间的跳线需要打开。至于DRV8825驱动器，你需要自己查看，A4988在Plan B设计的时候还是主流技术。

信号分离器
12V信号分离器并联电路到打印机的12V，这驱动20V助推器
保险缆会在打印机不运行的时候保护墨盒，它会使墨盒物理断开20V。输出电压极性在DIY电路上是非常重要的，二极管会在电极被颠倒时保护继电器短接。
喷墨输入是接收打印信号的地方，它连接Megatronics上的AUX3端口。使用两个3针或者4针的阴极跳线将Megatronics上的针46、47、48和49与助推器连接在一起。这也是5V输出的地方。
16线带状电缆会通过盒式联箱连接电路的两个端口。检测自己是否安装正确的最简单方法就是检测终点挡板的信号线。如果匹配的话，带状电缆就是在正确的位置；如果不匹配的话，将它反过来就处于正确的位置了。
墨盒载体使用FFC16连接器连接小电路。拔出连接端，铜片朝上插入带状电缆，将连接端推入原位，锁住带状电缆。
终点挡板还会经过助推器电路。有一个16线带状电缆从助推器走向墨盒，并且墨盒仅仅使用13线。而终点挡板需要3线，因此是完整的16.连接终点助推器上的挡板端口到Megatronics的X终点挡板连接器。

第六步：安装固件

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

固件是用来控制打印机的，它写入在Arduino中，可以通过Arduino编程器进行配置和上传。这个版本（除非标明了，否则就是在固件中）是用于Megatronics V3的。在不同Megatronics上的引脚映射是完全不同的，所以对此必须小心。其Arduino IDE可以在这个网站上下载。（http://arduino.cc/）
然后从这个网站下载固件。固件是可以升级的，因此会有小更改，但是这里大部分描述的配置都会保持一致。你可以从这里下载固件。
很多设置与一般用户都是不相关的。但是有一些设置是有需要知道的。
在主标签中，double_direction_offset（双方向补偿）是可以配置的。这是用于打印机双方向的时候加速打印进程。
在发动机指令中，发动机是可以反向的。如果发动机向错误方向运作，将值由1改变为0，反之亦然，转换发动机方向。
在运转中，每一个发动机每毫米的步数都可以选择。请记住默认值是可以用而且正确的，否则其他很多的设置都需要更改（打印机在所有轴上都应该有1/4微步）。
下一步时编译代码，并上传到Megatronics V3上。使用AtMega2560作为主板，这是Megatronics上的控制器。当固件完成上传之后，LCD屏幕应该就可以运作，并且可以回应输入。如果没有什么问题的话，就可以处理下一步了。

第七步：使用Plan B

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

Plan B是一款独立的3D打印机，不需要另外一台电脑才能运作。用户可以使用用户界面将指令输入到打印机中。文件通过SD卡装载到打印机中。（P.S. 需要打印的文件必须命名为print.txt）

其菜单是非常直接的。需要记住的有：
进入（Enter）按钮向前移动菜单。在导航（Homing）菜单中，“上”是确认（防止意外确认），不过其他大部分都是通过“右”来确认。菜单中的箭头大部分是用于指明什么方向是做什么。
返回（Return）按钮是用于返回菜单，并且用于退出手动移动模式。
旋转按钮用于菜单导航，或是用于调整值（例如密度值）。
打印机的功能：
手动移动：让用户可以手动操作每一个轴线。在构台移动中，上和下控制X轴，左和右控制Y轴。如果上使构台向前移动，右使构台向右移动，那么说明方向没有问题。
填充移动一次控制两个活塞。控制上、下会使左活塞上下移动，控制右、左会使右活塞上下移动。
归航（Homing）使轴回到原始位置，构台会使X轴和Y轴归航。标记设置在活塞上时，活塞也会恢复原始位置。Home all一般都不需要使用。
手动移动让用户可以完全自动地添加一个薄层。对此，构台和分散器都需要归航。选择想要的层厚，按“右”就可以添加新层了。
打印（Printing）让用户可以估计所需的打印时间和层（你需要通过自己设置层厚增加层）。估计的时间通常会比实际时间多几分钟。Were a user同样可以开始打印。选择密度（通常在200%-400%之间），并按“右”确认打印。
加热（Heating）是为打印机设置温度，这让用户可以预热打印机。

第八步：使用软件

Plan B，开源3DP（粉末与喷墨）3D打印机

Plan B可以使用普通的G代码打印，但是如果使用其特别代码，打印速度可以快几个数量级。要制作这种代码，STL文件需要经过两个不同的程序。首先，需要经过Slic3r转换成特别配置的G代码。然后再由Plan B转换器将它转换成Plan B专用代码。这种生成文件的方式是繁琐的，但是目前这是可靠地制造Plan B代码的唯一方式。改进正在进行，未来将可以优化这个过程，制作出特别的切片器，可以即时转换STL文件。
首先需要从他们的网站下载Slic3r：http://slic3r.org/
Slic3r需要经过设置，从而生成特定的G代码。完整的解释可以在这里找到，但是其本质是生成层厚0.18mm的文件和0.26mm的喷嘴的文件，且含有每个部分的轮廓。这可以通过在slic3r 0中设置大部分的值来完成。复选框探测薄壁在这里是最重要的，它需要保持关闭状态。如果没有的话，Slic3r会使双线崩溃成单线，弄乱转换器中的文件。
接着在这里下载Plan B转换器。Plan B转换器是一个原创的QT程序，目前仅通过QT运行，原创者正在努力使其功能完善。
要运行Plan B转换器，你需要在他们的网站下载QT Creator(轻量级集成开发环境)。这是免费的，而且对于自己编程来说非常有用，但是容量较大，下载需要的时间可能较长。在QT中打开Plan B转换器，按下运行按钮（绿色三角），就可以运行Plan B转换器了。
其中需要一些设置，但是大部分与普通用户都是不相关的。默认的设置提供最可靠的结果。要转换文件，首先是要打开文件。你选择文件的窗口会打开，点击打开，载入文件。然后按下转换文件，这又会打开一个窗口，你可以输入文件的名字和位置。按下保存后，转换器就会开始转换文件了。然后看起来，转换器好像停止翻了，但其实这是正常的。Plan B转换器需要花费大概一分钟的时间，主要是根据转换的文件相应的物件大小。
要上传物件到打印机，你要将Plan B转换器转换的文件上传到SD卡的首个文件夹中。其命名必须为“print.txt”。这一步是非常重要的，Plan B仅仅会打印命名为“print.txt”的文件，其他文件都会被忽略。

第九步：修改墨盒

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C6602墨盒用于喷墨打印。这种墨盒通常是填满墨水的，但这对于纸张打印是好用，但是对于3D打印则不然了。要进行好的打印，我们要用的是粘合剂而不是普通墨水。想用注射器把它吸干是很不明智的做法，你可以打开之后再适当地冲洗海绵。

记得用厚层报纸垫住，如果溢出了，这可非常难清洗。墨水是非常浓的，即使你稀释它100次，它仍然是不透明的黑色。
首先，将顶部的贴纸取下（绝对不是底部的贴纸），然后就会有两个洞。如果可以的话，使用注射器吸出大部分的墨水。你可以储存起来等以后使用，或是直接丢弃了它。在注射器吸不了墨水之后，就可以继续下一步了。
最难的一步是把它打开。这些墨盒是设计成保持关闭的。找几把好的平头螺丝刀和大螺丝刀的小锤子。小心地将螺丝刀放置在喷嘴的边缘，朝着喷嘴方向轻敲。不要一次性就将螺丝刀敲到尽头，绕着它转动，慢慢地加深。背面是要避开的，它会随着前面移动，这里的损坏要尽可能避免。
在墨盒最终打开之后，取出槽中的海绵，挤干剩余的墨水，不过只要有水在，墨水始终都会有残余的。
在墨盒清理、干燥之后，就可以再次关闭，填充自己喜欢的液体了。你可以加入一点颜色，让你的打印不那么透明。墨盒顶部有一个止漏环，你可以把原来的贴纸贴回去或者用一块胶带，但是要保持止漏环的洞口打开，否则在打印的时候墨盒就会产生真空。
然后，在打印之前移开连接端。

第十步：使用Plan B打印

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完成好Plan B的所有准备工作之后，就可以正式开始打印了。完成打印的时间确实要比其他技术长，但是这在以后肯定会有所改善的。
我们先填充打印机。降低填充活塞到需要打印的分量（再多一点），使用粉末填充漏斗，然后使用压实工具（或者勺子）将粉末压实在漏斗底下。
降低建立活塞（build piston）至少5mm，升高填充，升高填充活塞，并用手移动分散器，分散使粉末分散到建立活塞。然后将填充活塞向上移动一点点，将分散器从一边移动到另一边，小心地填充并使表面平滑。中间会比边缘填充得更快，因此使用勺子使粉末分布到边缘。当层看起来平滑的时候，使用添加层（add layer）功能（两次）自动平滑表面。
设置打印机的预热，60°C-70°C，至少15分钟。
找到你想要打印的文件并放到SD卡上（命名为“print.txt”），插入SD卡到Megatronics主板上。选择估计，让打印机计算层数量。使用卡尺或是棍子，查看填充漏斗中是否有足够材料。
计算出密度需要反复试验。在测试打印中使用的是250%，但是这样用的墨水似乎有点多。
在打印之前，插入墨盒，然后按下“打印”来开始打印（它首先会做一个评估）。开始的几层允许有一点变化，这并不是什么大问题。但如果层完全粉丝的话，你大概需要更厚的层了。
打印机完成打印之后之后，会进入热循环。热循环会硬化粘合剂，增加物体的强度。如果打印机不知道为什么崩溃了，重新设置打印机，人工选择温度。一般在半小时之后，物体的强度足够大来处理了，你也可以等待更长的时间。
使物体从打印床上分离，并处理物体上的粉末。清理完物体之后，将它放到去尘室（depowdering chamber）中，使用低压空气将松散的粉末吹离模型。
物体完全清理干净之后，将它放到一次性容器中，仔细地滴、涂薄层CA胶水在模型上。在通风的地方完成这个步骤，最好带上一个面罩。CA胶水会积极地发生反应，吸入生成的烟对健康又不好的影响。涂的话要比仅仅滴上去的效果好，所以使用瓶子和刷子是很方便的一个选择。
物体完全浸润之后，等待干燥。等待干燥大概再需要一个小时。你还使用催化剂喷雾喷在模型上立即固定。
然后，你就得到了不需要打印定向和支撑材料的3D打印模型了。

第十一步：未来改进
经过一年时间的开发，Plan B现在已经达到了可以接受的水平，但是它仍然需要改进。其中最需要改进的有：
不同的墨盒。Plan B使用HP C6602墨盒的原因是它是最好、最低价、控制最简单的。使用这种墨盒的原因是没有其他的选择了，这是唯一的Arduino可控墨盒。精度96DPI和12喷嘴，这大概是最简单的墨盒了。还有其他的墨盒，如Piezo喷墨盒，给予了对粒径尺寸的良好控制；HP C51640，拥有相同等级idea控制，仅有300DPI和100喷嘴；CISS（封闭式上墨系统），在扩展槽中储存墨水，打印时更换、重新填充都更容易.
固件缺少加速。发动机不是开就是关。打印机使用加速的唯一地方就是在打印的时候加速X轴。当所有轴线都拥有加速的时候，发动机就可以轻易地加速到两倍的速度，同时又不会影响打印质量（喷墨在高速打印的时候不会失去分辨率）。
目前的软件只是临时的方案，虽然可以用，但是里完美还差很远。新软件应该要可以从STL文件直接切片文件（目前正在开发）。
打印机应该是独立的。活塞需要升温，但是所有的机身都是铝制的，就像一个巨大的散热片。通过隔离打印机，加热粉末就可以使用更少的能量，同时还可以更平均地加热粉末，因为这样就不会通过机身排出热量了。
添加粗糙的层在活塞上。活塞式基于FDM打印床的。这对于3DP来说是不适合的。3DP需要粗糙的表面来控制粉末。在薄层上，粉末就可以在分散器移动的时候精确地分散了。
除了这几个，Plan B还有很多的点可以改进，例如用户友好性、材料、精度、成本、速度等等。

第十二步：最后的想法
Focus是Plan B的前身，在两年前诞生，当时是想“能有多难？”（这是针对SLS，答案是真的很难）。当第一个目标失败之后，才转移到3DP打印机，而成果真的很不错。
Plan B大概是一年前开始的，开始于当地的一个制汇节。在Focus花费了多个小时才打印完成之后，开发者认为它是多么的失灵。Focus是一个实验平台，而不是完整的专业3D打印机。开发者并没有选择尝试修理Focus，他决定了要设计出更好的。
Plan B还有着很好的改进空间，开发者计划使用更高分辨率的墨盒提升精度，添加加速使打印机速度更快，添加更好的加热器使零件强度更高，打印多种材料，转换成SHS打印机，使用尼龙粉末和黑色墨水，使用IR加热器加热黑色部分至熔点以上，保持白色部分在下方。
这些听起来都很棒，但是要在一款打印机上实现全部这些真的不是一件易事。Plan B有很多很好的有点，当然也有不少的缺点。Plan B肯定还会改进的，但是在改进的过程中将会需要测试用户们友好的反馈。

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南极熊 · 2014-8-28 09:53:50

各种技术的开源，将大大有利于行业的发展。sls的也有了

叁第打印机 · 2014-8-28 16:01:33

哇，好详细，看起来好高深的样子

太极熊 · 2014-8-29 15:23:53

吊炸天

aiallen · 2014-9-3 22:34:29

的顶顶顶顶顶的顶顶顶顶顶

贱僧 · 2014-9-19 16:36:18

做一个彩色版怎么样？

小熊手 · 2014-9-20 00:57:49

{:soso_e179:}好强大

wang67542537 · 2014-9-24 17:41:38

新的想法,新的创意

colaforcat · 2015-2-4 15:42:22

不错不错不错

admin · 2015-10-22 14:07:59

看看国内有木有牛人可以把这个方案实现的

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