3D印表機筆記(1):二手3D印表機購買記

預計購買3D印表機後,要記錄一下購買跟修改的過程,因有事耽擱一來,沒想到一拖就是快一年,趁著清明節連假,拍幾張照片,紀錄一下歷程。

2018/05/23 晚上看到露天拍賣上有一台二手的 prusa i3自組印表機,一看照片跟價格,覺得不錯。隔天早上留言給賣家,約好當天傍晚左右,到台大校園賣家的實驗室看物品,試印一下覺得可以,就付款將物品裝箱帶走。賣家描述設備的狀況如下:
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使用很久的自組印表機
至少三年以上
要賣的原因是我手邊已經有四台印表機
所以把最不常使用的機器出讓給想學習的同好
以下簡單敘述一下機況
列印面積約190mm*190mm*140mm
這台我花不少心力調整和修改機構
像是X和Y列印件修改強化
Z軸5mm螺桿改成8mm梯形螺母+螺桿
原先的擠出機套件更換成全金屬近端MK8擠出機
列印平台軸承改箱型軸承座
列印平台於玻璃板面上加了1mm厚度的耐高溫工程塑膠PEI板(採非固定式,方便取下列印件)
驅動晶片從A4988改成LV8729靜音晶片
加熱噴頭以玻璃纖維棉包覆保溫之類的
目前列印的狀況可參考照片。
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我抱著用紙箱裝著的3D印表機,走了大約半個校園到捷運公館站搭車,到客運總站換車回家。再換騎機車,可是這麼一大箱機車根本無法載,本想推著摩托車用走的,剛好經過書局,進去買調童軍繩解決此一窘境,順利將印表機載回家。

這是這兩天拍的照片,後方的線架是我後來加上去的,本來釘一個木頭的,因為太佔空間,才改成這一個。

剛開始,不太會用,賣我設備的林先生,幫我找了一些資料,很感謝他。以下是我們透過郵件討論的內容,值得紀錄下來當作經驗。


[2018/05/25 林先生來信]

調整機器的教學網站:
http://marsdiy.blogspot.tw/2016/07/3d-prusa-i3.html
http://a3dprinter.pixnet.net/blog/post/110356796

marlin韌體的基本說明:
http://3dplab.blogspot.tw/2017/03/marlin3d-configurationh.html

marlin韌體下的LCD面板控制選單的說明:
http://diy3dprint.blogspot.tw/2013/12/marlin-lcd.html

這個網站有大多數DIY印表機會遇到的問題及一些教學
http://diy3dprint.blogspot.tw/

另外,這台機器的文獻資料可以透過google搜尋 prusa i3,會有很多資料可以參考。

最後整理一下我個人的一些調整方式:

  1. 於平整的桌面上,先將平台四個角落的彈簧調整到可以維持彈簧緊度的最大距離。
  2. 手動移動噴頭及平台,以螺母調節彈簧高度,初略調整噴頭與平台四個角落的距離至一張A4紙厚度,紙張被壓住後稍微緊但可拉動為佳(※必要時,將直尺貼齊X軸光軸,以垂直於平台的方式,手動旋轉Z軸螺桿來調整X軸左右兩側的高低落差)。
  3. 將Z軸的限位開關調整到螺絲正下方,避免失去作用而撞機。
  4. 透過控制面板autohome,觀察噴頭離平台的左前角落高度,調整限位開關及細調螺絲高低來校正平台左前角落。
  5. 移動噴頭至其餘三個角落,確定噴頭離平台距離皆為1張A4紙厚度。
  6. 列印方塊測試,如果四個側面有層紋,那要放鬆螺桿及Z軸馬達之間的彈性聯軸器,調整螺桿中心點位置,重新鎖上,再次列印測試方塊。

[2018/05/25 林先生來信]

您好,若您沒有慣用的3D繪圖軟體的話,我可以推薦您使用Fusion 360,這是一套autodesk設計的好入門且功能強大,而且有免費教育版本可使用的繪圖軟體,參考書籍如下:

我也是從這套軟體入門的,有其他問題的話,歡迎提出來交流,您的問題也會是我沒注意到的細節,可以教學相長。

[2018/05/29 林先生來信]

另外,關於PEI板列印平台的使用上,有一些注意事項:

  1. 千萬不要讓高溫的黃銅噴頭一直停留並接觸在同一個位置上,PEI板雖然可以耐260度高溫,但是僅限於瞬間高溫(大約5~10秒內),不能持續受熱,這個狀況通常會發生在列印第一層,自行手動結束列印時,噴頭並不會自動歸位和降溫,所以請務必在結束列印時,手動將擠出機模組推至列印平台以外的區域,或是透過控制面板中的"move"選項,將Z軸抬升至少5~10mm以上。
  2. 呈上所述,PEI只能承受瞬間高溫,不能持續接受高溫,所以會建議噴頭離平台維持1張A4紙厚度,避免加熱的噴頭刮傷PEI板留下痕跡。
  3. PEI板在加熱的狀況下,對塑料會產生黏著效果,降溫後會稍微失去黏著力,所以建議要取下列印件時,可以等熱床降至室溫,或是直接取下PEI板加速冷卻再取下列印件。
  4. 夾持列印平台的時候,請務必確認長尾夾的位置,左右兩側的夾子須避開龍門柱,後方的夾子須避開感溫電阻、加熱線以及後方Y軸限位開關的位置,左前方的夾子需避開噴頭回原點的位置。
以上這些事項是我暫時想到的部分,若您還有遇到其他的狀況,可以跟我說,我會想看看該如何解決。

[2018/05/31林先生來信]

線架我自己也是隨意做一組,只要能讓軸順暢轉動就好了。
另外關於支撐的部分,以cura或是repetier-host生成的支撐都不是很好拆除,相關的一些設定可以參考這個網站
3DMART的網站教學寫得不錯,針對cura他的資料很詳盡,有時間可以詳細看看,會有不少收穫。

相關的設定可以由下圖這個紅圈內的齒輪找出設定的項目

支撐要好拆除主要就是: 

1.支撐密度減少
依照物件懸空位置的複雜程度,我通常是設定10~25%,不需要精細的面就設定10%,需要較平整的懸空面就25%,完成後我會再額外進行打磨。

2 將支撐遠離列印件 (ex.設定支撐離XY距離、設定支撐離Z平面距離)
a)設定XY距離通常會以1~2mm以上為佳,我通常是設定2mm,越遠越好拆,但支撐效果越差。
b)設定Z距離,通常會以一層高度為佳,也就是層高若是0.2mm,那就是設定0.2mm,越遠越好拆,但支撐可能會黏不牢而倒掉。

如果真的覺得支撐還是很難拆除,有另外一套付費的軟體,叫做Simplify3D,這套軟體生成的支撐相對其他的好拆,但要付費取得授權碼(基於智財權,其他取得方式不方便說明),如果比對相關參數設定,就如同我前面所述的那兩點為主,抓過幾次參數應該就會找到合適的值了。

最後,拆支撐我通常不會用美工刀,太危險了,我是以模型用的斜口鉗和尖嘴鉗,搭配小型的一字螺絲起子來拆。


大範圍、不易損壞的位置,支撐的破壞和拆除就以尖嘴鉗扭下來。
小面積、略為狹窄、容易損壞的位置就以斜口鉗小心剪除。
極小面積、很狹窄的位置就以一字螺絲起子搭配尖嘴鉗小心的敲除。
最後,支撐拆除面如果不是很平整的話,就以粗目砂紙或銼刀打磨,再以細目砂紙和銼刀做收尾,這樣應該就接近完善了。

[2018/06/03 發現擠出機馬達不會轉動 ]

06/03 正在列印測試物件,怎麼覺得塑料都無法正常噴出,想說可能是噴嘴頭塞住了,檢查結果發現擠出機的馬達不會轉,心想怎麼那麼巧啊,才幾天時間,馬達就壞了。

隔天中午到光華商場先買一個換看看,當天晚上拆下擠出機馬達時,MK8模組的一個螺絲已經脫牙,無法卸下MK8,不得已採用破壞的方式,拿出電鑽從螺絲頭的部分開始鑽孔,將螺帽鑽碎後,看看能不能取下。結果鑽頭斷了,還讓自己的手指頭受傷。花了很大的功夫,也破壞原有擠出機馬達的上蓋,才將MK8取下。換上新馬達後,就能正常使用。

想說馬達實在是蠻耐用的,應該沒那麼容易壞掉,於是將舊馬達通電後,竟然能夠轉動,天啊!!!!! 最後猜想應該是擠出機的齒輪卡住了,可時無法轉動當時有檢查齒輪的部分是否卡住,並沒有發現這樣的問題。不過換上新的馬達後,出料的狀況都很正常。也算是一個小小插曲。

前一天晚上寫信問一下林先生過去有沒有發生類似情況。回覆如下:

擠出機馬達無法運轉要了解一下狀況,

第一個狀況是馬達會動,但是線材推不動,擠出機齒輪持續在同一個位置上回跳,這個可能的原因是:
1)加熱棒溫度異常,可能是加熱棒故障或是RAMPS 1.4主控版的hotends輸出端異常。
2)熱敏電阻感溫異常,造成控溫異常,溫度不對造成擠出機帶不動線材。
3)線材鬆脫,造成加熱棒或熱敏電阻作用異常。

第二個狀況是馬達不動,可能原因是:
1)擠出機馬達燒壞。
2)RAMPS 1.4主控版上的步進馬達驅動晶片燒壞。
3)RAMPS 1.4主控版燒壞。

第三個狀況就是比較糟糕的情況:
因升溫異常(第一個狀況)造成馬達或主控板負載過大(第二個狀況)而燒壞。

以上是我先前遇過的狀況,其中以驅動晶片燒壞和加熱棒或熱敏電阻的導線被折斷最常發生,我先前已經換過幾次,通常會事先備料,遇到狀況後一個一個拆換檢查。步進馬達燒壞的部分很少遇到,若是這樣的話,需要先移除線材,以步進馬達測試板(或是以RAMPS 1.4上的其他馬達腳位,但不建議)測試,直接將線接到測試板上,測試電機是否正常運作。

建議的檢查方向:
1)目視主控板上各個腳位是否有燒黑、燒熔的狀況發生,若有需直接更換(下圖中D9~D11特別容易燒熔)。
2)判斷步進馬達是否能動:步進馬達測試板、替換驅動晶片(須注意腳位,插反會燒壞)、替換腳位、替換主控板。
3)判斷升溫狀況是否正確:用電腦或控制面板設定溫度,判讀加熱棒和熱敏電阻是否正常運作。

後續測試結果,只是馬達因為MK8的齒輪卡住了,馬達沒壞。


[2019/06/05回信給林先生]

昨天中午先到光華商場買一個42 步進馬達備用,如果真的是馬達燒掉就換成新的。

回到家,先換新的馬達。在拆裝MK8模組時,跟馬達固定的螺絲牙頭已經磨損,花了一點時間拆螺絲,將原有螺絲破壞,換上新的螺絲。換好馬達後,印出來的品質還可以,側邊的層紋比較明顯,如附件檔案。

想說確定一下原有的馬達是不是壞掉,接上電路後,竟然可以轉了。我又花點時間換成舊馬達,感覺沒有新的馬達順暢,時間也晚了,先去休息,預計今天晚上下班再試著調整各項列印設定。

我猜想,可能是馬達在某個角度卡住了,沒拆下來前,我試著用鉗子轉動齒輪,是無法轉動的,等拆下來後。將馬達連接MK8的上蓋拆開後,竟然就可以轉動了。有點神奇,不過也瞭解各線路的接法,也算是有收獲。

[2018/06/06 林先生回信]

很抱歉機器剛交給您不久就出現故障,關於馬達放鬆後可以轉動,我建議可以檢查:
1)擠出機齒輪上的止付螺絲是否有滑脫的可能性,以致卡到原先作為導引線材用的列印件。
2)如上所述,是否有東西卡到導引用的列印件,或是列印件已經受熱變形,進而卡到擠出齒輪。
3)馬達如果老化,扭力很可能會不足以帶動線材,解決方式:
  • 維持較高的列印溫度(PLA維持190~200以上),增加線材熔融後的流動性,減少馬達承受的阻力。
  • 將馬達的驅動晶片電流略為升高,以增加扭力,如下網站教學,不過要進行此操作一定要先斷電,避免誤觸晶片上的錯誤腳位而燒壞晶片,我已經燒壞過數片驅動晶片。
  • http://diy3dprint.blogspot.com/2013/11/4988.html

[2018/06/06 林先生回信]

平台校正是所有機器最麻煩的步驟,只要有任何移動、拆裝,都必須再次進行校正,以下提供我自己的快速調整方式。以下皆為斷電時調整,務必拔除電源。
1)在做水平調整時,建議將PEI板移除,保留玻璃板即可,然後將玻璃板稍微偏移一個角度,方便調整四點螺絲,如示意圖,並將彈簧調整到適當高度,讓"放鬆"或"鎖緊"都有預留一定的空間(彈簧依舊維持緊度)。

2)前後水平就比較困難,必須先確定桌面平整,如不平整,就只能靠四點彈簧,將前側與後側的彈簧依照傾斜方向放鬆或鎖緊,可參考示意圖說明。
3)左右水平的最簡單方式就是拿一把直尺,貼齊X軸不鏽鋼光軸,垂直於平台表面的方式,直接量光軸底部離平台的距離,左右兩側都要量,之後以左側當基準,直接手扭右側螺桿,調整到左右兩側離平台皆一樣高即可,可參考示意圖說明。
4)水平調整完後(下述兩步驟),再將玻璃板擺正,固定上PEI板,通電後,透過Z軸限位開關調整Z軸離平台的精確距離(可搭配直尺調整左右水平),請務必先保留足夠Z軸高度,避免噴頭撞到平台。

然後層紋的問題,只能依照先前跟您說的方式,放鬆Z軸螺桿和馬達之間的彈性聯軸器,盡量將螺桿正對馬達軸心置中鎖緊,多調整幾次才會找到比較剛好的鎖點,每次調整完聯軸器,請務必進行步驟3的左右平台高度校正,因為一解開聯軸器,Z軸就會往下掉,鎖好後需要再次歸回原高度。

另外要提到的是,目前機器上採用的是LV8729步進馬達驅動晶片,是比A4988和DRV8825好的驅動晶片,建議如果晶片無損壞的話,不需要換成8825,而且8825列印的層紋相對A4988更明顯,似乎跟晶片本身的設計有關,所以如果是DRV8825和A4988做選擇的話,我會選擇A4988。

[其他調整 (1)] 

列印時沒有料架很不方便,利用手邊的木頭,釘了一個放在桌上的線架,可是太佔空間了。

找了一個可以節省空間,且鎖在3D印表機支架後方的線架。

[其他調整 (2)] 

原來用於高度的歸位開關是扣在直立的光桿上,容易旋轉滑動,我改成鎖在步進馬達的一個螺絲上,並加上銅的六角螺絲當作延長。


[其他調整 (3)] 

曾經發生過一次,列印到一半突然當機,猜想可能是主機板過熱了。加上一個電腦拆下來的風扇,鎖一個螺絲在主機板的支架上。

[其他調整 (4)] 

加熱板四個角的固定螺絲,是內六角的螺絲,需要用板手調整,因為孔在下方,每次要對準內六角的孔常花很多時間。在網路上買了手調整的螺絲,現在方便許多。


經過一段時間的練習跟調整,現在可以印出比較美觀的作品了。這是一個手機架。
圖檔取自:https://www.thingiverse.com/thing:1769212



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