2014年6月18日 星期三

大型FDM 3D Printer製作紀錄(一)-硬體設計

這項專題是在2014年初開始的,當時就讀中原大學機械系大三。


    剛開始玩3D printer,起因於有認識的醫生朋友購買了Solidoodle,想要開發一些產品,於是我便搭上順風車與他一同研究。


第一台碰到的3D printer-Solidoodle
(2013/07/14)

    後來我在中原大學的"自動控制研習社"擔任幹部後,透過學校申請到了當時最流行的Prusa i3套件,並和學長們合力完成。正式開始了我們的3D printer之路。

第一台DIY的3D printer-Prusa i3
(2013/12/02)
當時機器的列印情形
(2013/12/08)
    往後摸了幾個月了機器後,便開始萌生想要做一台自己的印表機的想法,參考了當時的機器以及我心目中的理想需求,我決定要做一台能印"很大",而且能把ABS印好的機器!!
為什麼要很大呢??

    因為當時市面上的機器(現在依然如此),萬元左右平民等級的列印體積都在200x200x200mm以內,所以我便想製作較大的機型。

    當時愚蠢的我,深不知做機器的難度所在,還信誓旦旦向朋友們誇下海口:
"不就是把現在市面上的機器設計加長加高而已??應該不難啦!!"

至於為什麼我想要印ABS呢??
    最常見的耗材有PLA及ABS,以下做個簡單的比較:

PLA
    質地較硬且脆、熔點低(185度)、收縮率小,因此一般開放型的機器容易列印。熔化後較黏,較容易固定在列印平台。缺點則是,熔化後較黏導致容易牽絲,熔點低又硬、導致列印成品不易打磨(硬度高不好磨,且磨擦時粉塵易熔,導致打磨困難),不耐高溫也是一大缺點(一般在60~70度左右便會開始軟化)。

ABS
    質地較有韌性、熔點較高(235度)、收縮率較大,所以列印時易翹曲,因此機器須採用封閉式並保溫,以防止冷卻變形。質地韌、熔點高,使得ABS較容易打磨。耐溫也是一大優點。

    雖然看似PLA較好印,但實際印過真的覺得後續打磨不行的話,根本不能拿來印"模型等級"的成品。況且商業及的機器幾乎都專攻ABS,我想一定有其原因,因此當時我決定向他下戰帖!!

    以下是我設計的機器V0.1:

V0.1初代設計,列印範圍200*400*400(2014/06/18)

    有於我沒有相關設計經驗,大概參考了一下大學實驗室裡的CNC機台,以及相關的自動控制標準零件,便開始土法煉鋼畫機器。當初我考量到需要把機器"包起來",以及熱床較大,Prusa i3的龍門式設計並不適合,所以參考了Makerbot的天車式結構,並使用鋁擠型作為骨架,期望能增加穩定性。
    熱床上的結構是我當時天馬行空的想法,在後方加一支鏟子,將列印件剷下來,但鏟子做出來的效果並不理想,因此作罷。

原本打算用來自動剷除列印件的鏟刀,長度大概405mm,但測試發現效果不佳。

   V0.1零件清單

鋁擠型零組件
規格
尺寸
數量
單價
總價
AH40-8(4040)
760mm
6
260
1560

750mm
4
255
1020

670mm
5
230
1150
AH30-6(3030)
500mm
3
110
330

410mm
2
90
180

350mm
2
80
160
AH3060-6(3060)
500mm
1
170
170
AH60-6(3060)
590mm
2
300
600
壓鑄角座
30*30
20
25
500

40*40
50
30
1500
L對接座
30*30
10
30
300
蝴蝶扣
孔距40
4
90
360
四角螺帽
M8-13
200
2
400

M6-10
100
2
200
隱藏式螺帽
4040
20
20
400
合計
8830


傳動零組件
規格
尺寸
數量
單價
總價
SMA12UU
12mm
5
110
550
SC12LUU
12mm
2
250
500
SMA20UU
20mm
2
160
320
SK-12
12mm
6
55
330
SHF-12
12mm
4
73
292
SHF-20
20mm
4
133
532
WCS20
530mm
2
300
600
WCS8
750mm
2
285
570
WCS12
758mm
2
360
720

760mm
2
361
722

590mm
1
280
280
合計
5416

以上大約是主要零件,共約14246元

P.S.其他尚有2020的鋁擠、鋁塊、螺絲的價錢當時並未記錄。
 
 



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