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日誌2020-10-09 16:56

[3D Printer][CH00]-首次購買3D印表機該注意什麼?

作者:畢業很久的學生

因為有學弟看到我使用3D印表機的作品
手癢也想買一台來玩看看
我覺得這些經驗談應該也能夠作為其他人的參考
所以就發表出來,希望能對別人有所幫助

1 FDM or SLA?

3D列印的機制很多
非公司的一般人可以付得起的大概就剩FDM和SLA這兩種方法
FDM是熱融化堆積法,SLA則是光固化

FDM的耗材通常是塑膠線捲,線徑1.75mm 或 3.0mm,每公斤盤成一捲
機器以200多度的溫度融化線材
然後移動噴嘴擠出細線,逐層堆積而建造出想要的模型

SLA的耗材則是液態的光感樹脂
紫外線從玻璃槽由下往上照射,光敏樹脂若被紫外線照射後會凝固並附著
透過LED面板遮擋紫外線,可以改變每層的圖案
然後附著的凝固版慢慢往上拉,反覆建造出想要的模型

我個人比較喜歡FDM
FDM的好處是可以建造很大的實用器具
而且模型取下後馬上就能用,需要的後處理少很多
機器清潔整理也很容易

SLA的優點則是精緻細密
比較適合製作重視細節的公仔、手辦
而且列印速度比FDM快很多
但是缺點我比較無法接受,目前也沒有購入
我是買得起,但是打從心裡不想去用SLA
  1. SLA樹脂具有氣味,需要通風抽氣或是放在陽台室外。

    雖然FDM有的線材也有味道,但是可以換線材賣家解決
    大多數FDM的PLA或PETG線材都沒有氣味,不要用ABS線材就好
  2. 光固化完成後有很多麻煩的後處理
    例如使用大量酒精洗掉模型多餘的樹脂、再用紫外線籠對模型進行二次固化、
    使用漏斗加濾網攔截料槽內的碎片,回收料槽殘餘的樹脂
    這些操作都需要戴手套,建議也戴口罩。

    對比之下FDM很簡單,把模型從熱床拔起來,拆掉支撐(如果有的話)就完成了

假如你能認同我的觀點,再繼續看下去吧
後面我就只針對FDM機種進行介紹,SLA不再贅述

2 新手買FDM機種需要注意什麼呢?

答案是很多,做點功課可以省很多學費!

  1. 有沒有綁定自家線材?
    台灣有印表機廠商設計了需要刷線捲晶片才能列印的專用機制
    一旦買了這種機子就準備被綁死耗材了
    機子便宜,但耗材不便宜喔

    可以自由使用耗材才能夠使用網路店家的便宜耗材
    每公斤250, 350, 500, 1000+ NT都有
    常用材質有PLA、PETG、ABS、TPU
    PLA 是聚乳酸,低溫好印,適合藝術品
    PETG 是寶特瓶,機械強度比較夠,具有韌性不易碎,適合器具
    ABS 的代表則是延長線的插座本體,耐溫比較高
    TPU 則是彈性軟料,例如可以印手機套

  2. 有沒有熱床?
    熱床的目的在於減低模型熱漲冷縮的效應
    上方新料出來時,冷卻會收縮,進而導致翹腳

    如果沒有熱床,會導致不能列印比較高溫的材料,例如PETG與ABS
    就只能使用低溫的PLA了

    另外也要小心,有的機種使用玻璃熱床,PETG會附著得太緊
    脫模的時候會把玻璃咬下來,熱床就毀了。不要買這種機種

  3. 有沒有脫模鋼板?
    早期的FDM機器為了讓模型與熱床黏合良好
    會要求使用者在熱床塗口紅膏,然後整台機器就黏黏的
    不清又不行,口紅膏不會消失,只是跑到附近
    很快就連桌子也黏黏的,附近的地板也黏黏的

    新的機種有脫模鋼板,表面使用PEI貼模或是PEI粉體塗層
    可以讓模型附著在鋼板上,不再需要口紅膠!
    把模型取下時也很簡單,鋼板有彈性可以凹彎,模型就下來了
    PEI使用太久導致黏性不足時,可以用去指甲油的丙酮清潔恢復

    有人會使用藍色紙膠帶增加熱床的黏附能力
    但是個人實際使用後發現熱床會把紙膠帶的強力膠味炊出來
    所以不推薦藍色膠帶這招

  4. 有沒有噴嘴專用風扇?
    加熱頭組 (Hotend) 是一個需要穩定控制溫度的機構
    熱源是包圍下方噴嘴的熱塊,裡面夾者加熱器
    冷源則是上方的散熱器,以風扇進行持續冷卻
    因此加熱組一定包含至少一個風扇,這是FDM機種的生命線

    但是比較好的建議是要有兩個風扇! 再一個額外風扇給噴嘴
    而且兩者的風道必須獨立,冷卻風扇不應該吹到噴嘴

    如果想要列印PLA,一定要有噴嘴風扇!
    PLA的溫度太低,冷卻不夠快就會牽絲或是扭曲
    這時候噴嘴專用風扇就能發揮作用
    讓剛剛跑出噴嘴的線材快速冷卻硬化

    比較高溫的PETG與更高溫的ABS則剛好相反
    PETG需要的風小很多,而ABS甚至根本不需要風
    所以兩者的風道必須獨立,冷卻風扇不應該吹到噴嘴
    有的機種合併了冷卻風扇與噴嘴風扇,兩個只有一個
    這樣會導致列印高溫線材時過度冷卻,出料堆料會有問題,模型也容易翹腳

  5. 有沒有自動調平 (bed auto leveling)?
    沒有自動調平的機種需要靠使用者自己去調整熱床高度
    常見的設計是熱床四角各有一個調節螺絲
    然後使用者必須自己慢慢轉螺絲,讓第一層能夠順利印上去
    簡易辦法是夾紙,墊一張紙然後轉螺絲,讓紙張剛好被噴嘴和熱床夾住
    專業一點的人則會使用千分表確保熱床是平的

    當熱床跑過去,指針會動,就是不平的。想辦法調到平吧
    以0.4mm的噴嘴為例,常用層高只有0.1~0.3mm厚度,還蠻精細的
    如果調的誤差太大,光是印第一層就會失敗了。黏不住或是噴嘴刮熱床都有可能

    有自動調平的機種則不需要這樣
    噴嘴旁會有探測器,讓機器能記錄熱床各處高度,一般是測試熱床上4或9個點
    然後列印時自動彌補熱床的高度就好,就算熱床是斜的也能印


  6. 是直接擠出(Direct Drive)?還是遠程擠出(Bowden)?
    線材是被擠出機齒輪咬住,推往噴嘴才會被擠出的
    擠出機齒輪與噴嘴的距離,決定這台機種是直接擠出式,還是遠端擠出式
    直接擠出式的擠出機馬達和齒輪就在噴嘴加熱組的上方
    遠端擠出式的擠出機馬達和齒輪則在機器的框上,以鐵氟龍管把線材推送往噴嘴



    直接擠出的最大優點是能夠對付軟料 TPU
    軟料的線材具有彈性,可以被壓縮
    擠出機的齒輪接近噴嘴,可以縮短推送的這段距離
    這可以有效加快噴嘴內的材料壓力反應速度
    該出料的時候就出料,該停的時候馬上停

    遠端擠出對TPU就很苦惱了
    該出料的時候還沒出料,結果線的起點會缺料
    反之該停的時候噴嘴內還有壓力,結果終點就會漏料
    一般能做的處理辦法只能降速列印
    還有透過Linear Advance參數調整,提前幫噴嘴升壓或降壓
    但是效果都有其極限

    不過遠程擠出也不是一無是處,優點是噴嘴沒有擠出機馬達的負擔
    少了這個重量就能降低慣性,噴嘴的活動加速度可以大幅提高
    一般來說,Delta機種都是遠端擠出,Cartesian XYZ機種與 CoreXY機種則遠端近端都有
    關於三種機種的運動可以參考這個影片


  7. 以後能不能改機升級?
    有些機種具有開源設計,使用者可以依據使用心得
    重新設計機體的一部份,讓其他人下載列印,來改善自己機子的能力
    例如Prusa i3 MK3s的擠出機,就有人改良了它的擠出機
    https://www.thingiverse.com/thing:3626993

    因為擠出機是列印件,才能夠自己升級改良
    有的機種則幾乎沒有改良的可能性
    這是我做的改良:


    改裝的前因後果:
    擠出機馬達算是最會發熱的馬達,而熱會隨著傳動軸擴散到齒輪
    如果齒輪太熱,會導致PLA線材軟化,如果線材被磨壞就推不動了

    使用皮帶齒輪組改裝,把力矩放大三倍,好處多多
    皮帶不會傳熱,而馬達和齒輪根本不在同一個軸上
    馬達再熱也不可能傳到齒輪,釜底抽薪的解決這個問題
    之後還發現步進馬達的發熱主要是來自於高出力,而不是高轉速
    降低出力之後,馬達就不再那麼燙了,連散熱片都不再需要
    此外,放大3倍力矩等於擠出相同的量時,需要原本3倍的步數
    擠出的精密度也因此提高,列印物體的牆體側面不再有明顯的擠出壓力波紋
    (PS 步進馬達不一定只能轉整數步,可以靠兩組線路5比5出力達成半步
    其他浮點數步數也可以透過6比4或是7比3之類的出力方式達成,但是就比較不準)

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