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| 本文作者： 大壯旅 | 2016-01-04 10:44 |
編者注：本文來(lái)自Instructables。
這個(gè)點(diǎn)子其實(shí)也是從Instructables上得來(lái)的，之前我在網(wǎng)站上看到過(guò)一個(gè)創(chuàng)客用CD盤(pán)做了一個(gè)數(shù)控機(jī)床。這些閑置物品在創(chuàng)客手里都煥發(fā)了第二春，什么繪畫(huà)機(jī)器人，激光切割機(jī)和鉆床等等，不過(guò)我還暫時(shí)沒(méi)見(jiàn)過(guò)有人做3D打印機(jī)，至少?zèng)]有廉價(jià)版的。所以我就用舊的DVD驅(qū)動(dòng)器打造了一臺(tái)白菜價(jià)的3D打印機(jī)，如果你也感興趣，就跟我一起來(lái)吧。
如果你是個(gè)視覺(jué)動(dòng)物，不喜歡看冗長(zhǎng)的文字教程，那么可以直接觀看下面的視頻教程：
第二步：準(zhǔn)備零部件
我做這個(gè)項(xiàng)目其實(shí)也是為了廢物再利用，畢竟家里老電腦上許多零件如果不用就浪費(fèi)掉了。除了3D打印筆，其他的都是點(diǎn)廢舊部件，相信也不難找到。以下就是我們需要的零部件清單：
1. 3個(gè)DVD驅(qū)動(dòng)器。
2. 3個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（也很便宜，6美元而已）。
3. PC電源。
4. Arduino Uno開(kāi)發(fā)板（10美元）。
5. 3D打印筆（45美元）。
6. 螺絲和螺母若干。
7. 2塊電氣箱蓋（不是必須，可以用其他東西代替）。
8. 烙鐵和焊料。
9. 熱熔膠。
總花費(fèi)：55美元左右（是不是很便宜）。
想拆解光驅(qū)其實(shí)很簡(jiǎn)單，不過(guò)人們總是忽視掉一些問(wèn)題，第一個(gè)就是拆掉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的前面板。其實(shí)中間有個(gè)小技巧，你只需拿個(gè)曲別針插進(jìn)彈出孔就好。拉出托盤(pán)后，前面板會(huì)折斷。搞定后你就可以卸下光驅(qū)上的螺絲并取下其金屬和塑料的外殼了。
現(xiàn)在你就能看到光驅(qū)的所有零部件了，包括馬達(dá)，激光器，LED燈和傳動(dòng)裝置等等。里面其實(shí)有很多有用的零件，不過(guò)在這個(gè)項(xiàng)目中，我們主要用的是那塊帶有步進(jìn)馬達(dá)的金屬電動(dòng)托盤(pán)（上面有螺桿的那部分）和激光安全罩。我們需要這些零部件是因?yàn)樗鼈兡芙o我們提供馬達(dá)，導(dǎo)軌和外殼，這樣我們就能制作一個(gè)完美的數(shù)控軸。好吧，我們需要斷開(kāi)這些零部件之間的連線(xiàn)然后將它們拆解下來(lái)。此外你還可以將托盤(pán)上的無(wú)刷直流電機(jī)拆下來(lái)，雖然在這里用不到，但在四軸無(wú)人機(jī)上它可是重要的零部件。隨后，請(qǐng)拆下激光器，玻璃部件和光驅(qū)磁頭等。另外，請(qǐng)延長(zhǎng)步進(jìn)馬達(dá)上的線(xiàn)材以備后用。在多數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)上我們都能看到一條連接在主板上的帶狀電纜，在這里你可以放心剪斷它，隨后請(qǐng)?jiān)诮涌诮K端上焊上4條新線(xiàn)（至少6″ 長(zhǎng)）。為了防止以后弄混，我還為這些線(xiàn)編了碼。搞定了我們準(zhǔn)備的三個(gè)光驅(qū)后就可以進(jìn)行下一步了。
為了給電動(dòng)托盤(pán)找個(gè)容身之所，我又拿來(lái)了光驅(qū)盒。好吧，現(xiàn)在我們就先從Y軸開(kāi)始吧，Y軸主要負(fù)責(zé)前進(jìn)和后退的動(dòng)作，所以如圖請(qǐng)將一個(gè)電動(dòng)托盤(pán)平行的安裝在光驅(qū)盒上，擺好位置后確定其朝向角度是否正確，然后再用主板螺絲將其固定好。
X軸的制作則正好與Y軸相反，它要與光驅(qū)盒最長(zhǎng)的那部分垂直，其他的則可參考Y軸的安裝。搞定了X軸和Y軸，我們就可以制作Z軸了，Z軸需要安裝在激光安全罩上（X軸），所以我們得找些零件為它做個(gè)安裝平臺(tái)，在這里我用主板螺絲支撐起一個(gè)電器蓋板作為安裝平臺(tái)。此外，在Y軸上我也如法炮制制作了一個(gè)安裝平臺(tái)。
分別搞定了X、Y和Z軸的制作后就要進(jìn)行總裝了，這里我們要將X和Z軸安裝在Y軸上。安裝時(shí)X軸要和Y軸垂直（看起來(lái)像字母L），隨后對(duì)其進(jìn)行微調(diào)，讓Z軸和X軸對(duì)齊。最后對(duì)三個(gè)部分進(jìn)行整理，保證他們動(dòng)起來(lái)后不會(huì)相互碰撞。校準(zhǔn)和整理完成后，就可以用螺絲將它們固定住了。在這里我還用了個(gè)L型支架來(lái)加固，不過(guò)其實(shí)螺絲的強(qiáng)度應(yīng)該就足夠了。
想要讓它們動(dòng)起來(lái)，我們得把線(xiàn)走好，這里你需要準(zhǔn)備5個(gè)零部件：
1個(gè)Arduino開(kāi)發(fā)板
3個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
1個(gè)PC電源
除了這些，你還得多準(zhǔn)備點(diǎn)線(xiàn)材和烙鐵，焊料等。關(guān)于焊接等工作，你可以參考下面鏈接中的弗里茨示意圖（鏈接），它會(huì)告訴你關(guān)于連接接口和引腳的所有事。好啦，我們開(kāi)始這一步的詳解吧。
Arduino Uno將是這個(gè)項(xiàng)目的大腦，它將負(fù)責(zé)控制所有部件。不過(guò)它也不是萬(wàn)能的，在控制步進(jìn)電機(jī)上就出了點(diǎn)問(wèn)題，想要解決它，我們需要三個(gè)“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)”。請(qǐng)參考圖中將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)，Arduino開(kāi)發(fā)板和電源來(lái)起來(lái)。
在電源這部分我們要稍加注意，因?yàn)檫@種老式電源的線(xiàn)實(shí)在過(guò)于復(fù)雜，你得找好到底哪根線(xiàn)可以輸出合適的電壓。
在這里我用的是綠色那條線(xiàn)，如果這條線(xiàn)沒(méi)有接正確，就無(wú)法開(kāi)啟電源。我們可以用一根短線(xiàn)來(lái)當(dāng)跳線(xiàn)，將綠線(xiàn)和黑色的地線(xiàn)連起來(lái)。想要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，你得將一根5V的紅線(xiàn)黑黑色的底線(xiàn)連接起來(lái)。這一步其實(shí)挺麻煩，你得將它們分出來(lái)并分別連接到3個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上（可參考上圖）。
3D打印筆上共有三個(gè)控制按鈕，它們可以控制打印產(chǎn)品的厚度和打印筆的正擠壓和負(fù)擠壓（擠打印材料）等一系列動(dòng)作，其中最重要的是正擠壓的控制，該按鈕可以將打印材料擠出來(lái)，這也是進(jìn)行3D打印的關(guān)鍵。
手動(dòng)控制肯定沒(méi)有電腦控制精確，所以我們要對(duì)3D打印筆的電路進(jìn)行改造，這樣我們就可以用Arduino對(duì)其進(jìn)行精確控制了。隨后我們要把3D打印筆拆開(kāi)并搞定控制正擠壓的按鈕，下面是拆解的詳細(xì)步驟：
卸掉螺絲并拆掉打印筆的后蓋。
斷開(kāi)電源線(xiàn)。
卸掉上部的固定螺絲并撬下電源接口。
按下滑動(dòng)按鈕并將其卸下。
卸下滑動(dòng)按鈕的金屬條。
卸掉絲管支架上的螺絲。
抬起絲管和主板并將其卸下。
拆掉噴嘴。
拆掉打印筆后，就可以看到控制正擠壓的按鈕了，它的四個(gè)角上分別有四個(gè)接口。隨后我們要分別進(jìn)行測(cè)試，看看哪兩個(gè)接口可以順利控制電機(jī)。不過(guò)在進(jìn)行測(cè)試之前，我們還得再將噴嘴和電源接口連起來(lái)，要不然3D打印筆就無(wú)法啟動(dòng)了。當(dāng)加熱按鈕變綠之后，將一個(gè)1k ohm電阻器的一端搭在一個(gè)接口上，另一端搭載另一個(gè)上。以此方法分別測(cè)試四個(gè)接口，若聽(tīng)到擠壓電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，我們就成功了。找到這兩個(gè)對(duì)的接口后，我們要用一條線(xiàn)將其連接起來(lái)。不過(guò)在焊接時(shí)要注意，因?yàn)樗鼘?shí)在是太小了，若焊料過(guò)多會(huì)影響未來(lái)的工作。
在將打印筆還原之前，先用1k Ohm的電阻器對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，在確定它能正常工作而且焊接無(wú)缺憾后（可以用熱熔膠給它加個(gè)雙保險(xiǎn)），就可以重新將打印筆組裝起來(lái)了。記得用刀片或者電鉆在后蓋上開(kāi)一個(gè)洞給線(xiàn)留出空間。
請(qǐng)下載鏈接中的電路圖。
下一步就是制作電路了，通過(guò)它我們能用Arduino控制正擠壓按鈕。這個(gè)電路的核心是晶體管，有了它我們才能對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行放大和開(kāi)關(guān)，其中的開(kāi)關(guān)功能更是我們夢(mèng)寐以求的。
所有的晶體管都有3個(gè)引腳，包括基座，集電器和發(fā)射器。不過(guò)晶體管的類(lèi)型不同，其引腳的排布方式也不同，所以用之前還是先問(wèn)一下度娘為好。分清三個(gè)引腳扮演的角色后，請(qǐng)將一根按鈕線(xiàn)連在集電器上，另一根連在發(fā)射器上，在線(xiàn)的問(wèn)題上不用糾結(jié)，怎么連都可以。隨后我們要將Arduino開(kāi)發(fā)板和晶體管連起來(lái)。首先將地線(xiàn)接上集電器，隨后將Arduino的12號(hào)引腳連上基座，這樣我們的開(kāi)關(guān)就快完成了。記得在12號(hào)引腳和基座間加一個(gè)電阻器，不過(guò)選電阻器時(shí)要兼顧到打印筆，下一步中我就會(huì)告訴你如何根據(jù)打印筆選擇合適的電阻器。
電阻值對(duì)保證3D打印筆和晶體管的正常運(yùn)行很重要，想選出合適的電阻你可以參考下面幾個(gè)建議。首先，將打印筆連上集電器和發(fā)射器，隨后將Arduino的地線(xiàn)接口連上集電器。之后我們就可以開(kāi)始測(cè)試了，但千萬(wàn)不要打開(kāi)Arduino。打印筆開(kāi)機(jī)后，請(qǐng)用線(xiàn)將基座和Arduino的地線(xiàn)接口連接起來(lái)。如果它能打開(kāi)打印筆的開(kāi)關(guān)，就說(shuō)明電阻值有些低。這時(shí)我們就要增加電阻。開(kāi)始時(shí)請(qǐng)使用1k Ohm的電阻，如果不行就換成10k Ohm的，如果開(kāi)關(guān)依然會(huì)打開(kāi)，就繼續(xù)增加電阻值，直到開(kāi)關(guān)不再自動(dòng)打開(kāi)。
測(cè)試結(jié)束后我們就能搞清接地線(xiàn)時(shí)需要多大電阻了，下一步我們還要給它通電，找出此時(shí)多大電阻才能阻止開(kāi)關(guān)打開(kāi)。將剛剛測(cè)試好的電阻連在Arduino的5V接口上，然后打開(kāi)Arduino。如果開(kāi)關(guān)未能開(kāi)啟，說(shuō)明此時(shí)電阻有些高，所以我們要一步步減小電阻。將電阻降到47k Ohm時(shí)，開(kāi)關(guān)依舊沒(méi)打開(kāi)，隨后我又將電阻降到22k Ohm，功夫不負(fù)有心人，終于成功了。所以22k Ohm就是我們要找的那個(gè)電阻值。
制作好開(kāi)關(guān)電路后，我們就可以進(jìn)行總裝了。此時(shí)我們要將3D打印筆裝在Z軸上，為了保持打印筆的穩(wěn)定，我用衣服夾和熱熔膠將它緊緊固定住。
進(jìn)行完以上的步驟后，我們硬件部分的制作就順利完成了，剩下的就是驅(qū)動(dòng)軟件了。驅(qū)動(dòng)我們的數(shù)控機(jī)床的編程語(yǔ)言名為G-Code，它會(huì)精確的計(jì)算出X,Y和Z軸需要移動(dòng)的角度和距離。當(dāng)然，靠Arduino來(lái)解讀G-Code代碼可能會(huì)有些吃力，所以我們還要安裝一個(gè)名為GRBL的解譯程序。下面就是在Arduino上安裝該程序的詳細(xì)步驟：
下載Arduino專(zhuān)用的GRBL Hex文檔（我用的是0.8c版，我的Arduino Uno型號(hào)為Atmega328）。
下載XLoader軟件。
將Arduino連上你的PC。
在Xloader軟件上選擇GRBL Hex文檔，在下拉式菜單中選擇Arduino，隨后選擇連接Arduino的串行通訊端口。
點(diǎn)擊“上傳”將GRBL軟件上傳至Arduino。
裝好了輔助軟件的Arduino就一切準(zhǔn)備就緒了，不過(guò)我們還得給它添加一些軟件以便控制數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作。這里我們要使用的軟件名為GRBL控制器，下載安裝后請(qǐng)?jiān)谄渲羞x擇你的Arduino接口并點(diǎn)擊“打開(kāi)”來(lái)連接。
確保你的3D打印筆和電源都能正常工作，并將Arduino連上電腦。隨后你就可以用屏幕右下角的箭頭來(lái)控制電機(jī)了。注意，右下角的下拉框請(qǐng)?jiān)O(shè)定為1，而不是默認(rèn)的10。如果某一個(gè)軸的平臺(tái)在運(yùn)行中出錯(cuò)（運(yùn)行方向與命令相反），請(qǐng)進(jìn)入工具>選項(xiàng)，將原本設(shè)定顛倒過(guò)來(lái)。在打印筆的控制上，我們需要勾選“啟動(dòng)主軸”的選項(xiàng)，這一步可以控制打印筆的開(kāi)關(guān)。另外，軟件左邊的控制區(qū)域則可通過(guò)一些代碼來(lái)進(jìn)行控制操作，“M3”代表開(kāi)啟打印筆，“M5”則代表關(guān)閉打印筆。這些代碼一定要記清楚。
搞定了軟件，我們就離勝利又近了一步。現(xiàn)在你可以在MakerCam.com上為打印機(jī)制作測(cè)試圖了。你也可以使用類(lèi)似Slic3r的3D打印軟件，不過(guò)它與我們機(jī)器的兼容性不好，后期轉(zhuǎn)制和編輯太費(fèi)勁。而在MakerCam上就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，你可以通過(guò)下面幾步制作出自己的測(cè)試圖：
點(diǎn)擊“插入”按鈕并選擇一個(gè)圖形當(dāng)作基本圖像。
使用左上角工具欄中的箭頭工具來(lái)選中整個(gè)圖像。
將其移動(dòng)到左下角的網(wǎng)格中。
你可以通過(guò)工具欄中的手形工具對(duì)圖片進(jìn)行相應(yīng)修改，隨后再將其拖回屏幕中央。
通過(guò)頁(yè)面右上角的工具，你可將圖片尺寸精確到厘米級(jí)。
進(jìn)入“編輯>比例選擇”，你可對(duì)其進(jìn)行比例修改，讓其符合我們的打印規(guī)格。
隨后，進(jìn)入“相機(jī)>跟隨路徑操作”，并使用下列數(shù)值進(jìn)行打印測(cè)試：
“目標(biāo)深度”就是你打印物體的高度，在這里我的數(shù)值為-1。
“安全高度”和“曲面余量”則可設(shè)定為0.
“逐步降低”則代表打印材料每層的高度。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，我推薦將數(shù)值設(shè)定為0.2，不過(guò)如果你想打印的薄一點(diǎn)，可以降低這一數(shù)值。
“進(jìn)給速率”則代表了打印的速度。我將其設(shè)定為50，此時(shí)打印筆的擠壓速度最低。
“下刀速率”則代表了噴嘴上下移動(dòng)的速度。這點(diǎn)其實(shí)不怎么重要，不過(guò)我還是把它設(shè)定為50。
隨后進(jìn)入“凸輪>計(jì)算選擇”來(lái)計(jì)算路徑。
最后，進(jìn)入“凸輪>輸出Gcode”來(lái)保存你制作圖像的G-Code。
在通過(guò)GRBL控制器對(duì)Gcode進(jìn)行轉(zhuǎn)碼之前，我們還需要做些設(shè)置，以便它能兼容我們的3D打印機(jī)。現(xiàn)在，我們?cè)谖谋揪庉嬈鳎ㄈ鏝otepad等）中打開(kāi)之前在makercam.com上保存的文檔，這時(shí)你會(huì)看到一堆“天書(shū)”，這就是G-Code代碼，這些代碼隨后會(huì)發(fā)送到Arduino成為一項(xiàng)項(xiàng)指令。我們需要將“M3”和“M5” 指令添加進(jìn)去，以便更好的控制3D打印筆的打印動(dòng)作。下面是添加指令的詳細(xì)步驟：
“G17”之下是第一個(gè)“M3”指令。不過(guò)這時(shí)開(kāi)始打印有點(diǎn)早了，所以還是將“M3”指令寫(xiě)在“F50”指令后吧。
在下面的代碼中，每次看到“F50”，請(qǐng)?jiān)谄湎乱恍兄屑尤搿癕3”指令。
下一步我們要做的就是尋找“Z0”指令，它會(huì)將噴嘴設(shè)定為0毫米，這樣一來(lái)噴嘴就直接和打印底座親嘴了。所以每次見(jiàn)到“Z0”指令，請(qǐng)直接將其刪除，隨后用“M5”指令替代它。
在最后的“M5”指令后，我們應(yīng)該讓Z軸回到初始位置。因?yàn)橹拔覍⒋蛴「叨仍O(shè)為-1，所以在最后Z軸高度應(yīng)設(shè)為-2.
在設(shè)定完Z軸高度后，我們需要讓X軸和Y軸也在打印結(jié)束后回到它們的初始位置。請(qǐng)?jiān)赯軸的代碼下輸入“G0 X0 Y0” 來(lái)完成這一指令。
保存代碼后就可以開(kāi)始打印了。
最后一步相當(dāng)簡(jiǎn)單。只要將Z軸上的3D打印筆移動(dòng)到Y(jié)軸平臺(tái)上就行（中間要留有空隙）。隨后做下打印前的最后檢查，確保電源開(kāi)啟，Arduino連上電腦，打印筆開(kāi)始加熱。接著打開(kāi)GRBL控制器軟件并連上開(kāi)發(fā)板。在屏幕上點(diǎn)擊”選擇文件”按鈕，隨后就可以選擇你想要打印的文件了。最后，點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，然后就可以期待你自己的3D打印大作了。
趕緊去試試吧！
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