3D印表機有許多移動零件,因此瞭解這個機械怎麼運作就很重要,萬一發生什麼問題的時候,你就知道該怎麼處理。以下針對5個最重要的組件說明它們如何運作。

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3D印表機的5個關鍵組件及其功能:

 

1.列印床 (print bed)

這是所有3D列印物件誕生的平台,列印床的尺寸及維度決定了你的3D印表機可以列印的物件尺寸。列印床有加熱式及非加熱式兩種。

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加熱式列印床如果你的印表機有加熱式列印床,在列印前需要花幾分鐘讓它熱起來。加熱式列印床有助於防止翹曲,當印絲在列印床上不均勻的冷卻時,印物邊緣的材料會收縮並自列印床翹起,因而造成翹曲。列印床的熱度讓整體印物的溫度更均勻,因而得到品質更佳的印物。如果印物從上方開始捲翹,可能是你的列印床溫度太高,應該嘗試以較低的溫度列印。不同的材料對熱也有不同的反應,列印PLA時,列印床的溫度應設定為50-60 ℃,而列印ABS時,溫度設定為100-110 ℃。

 

非加熱式列印床有時候會有附著及捲翹的問題,列印ABS及大面積物件比較會發生捲翹,可以使用藍膠帶(blue type)kapton膠帶(kapton type)幫助附著,將其均勻地貼在列印床的表面上。這種膠帶可以幫助穩固印物的第一層,這樣在後續的列印過程中,印物即可保持固定。膠帶要定期更換,通常列印1-2次後就要更換。

 

 

2. 壓出器(extruder):這是將線材送到所謂的熱端(hot end)進而使線材熔融壓出的裝置,壓出器通常包含以下組件:

 

馬達(motor):用於推動線材運動

 

噴嘴(nozzle):用於將線材壓出的細孔

 

加熱線圈(heating coil):用於加熱壓出器的熱端

 

溫度感知器(temperature sensor):用於偵測壓出器是否達到所欲的溫度

 

外框(frame):用於固定所有組件

 

 

壓出器主要分為直接驅動式(direct drive)壓出器及包登式(Bowden)壓出器等兩種。

 

直接驅動式壓出器(direct drive extruder):壓出器位於熱端的正上方,在列印時前後移動。其大致結構如下

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因為齒輪及馬達是附在移動的噴嘴上,使得移動零件變得相當重,因此所需的列印速度較包登式壓出器來得慢。此種壓出器和彈性線材(flexible filament)極為搭配,因為線材是直接送至噴嘴,不太有彎曲變形(buckle)的空間,同時線材也比較容易被引導通過系統。線徑1.7 mm的線材比3 mm線材更適用此種壓出器。移動零件的重量會造成所謂的鬼線(ghost lines)的副作用,即移動的重量會產生額外的絲線,如下圖左半部分。

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包登式壓出器(Bowden extruder)此種壓出器的熱端和馬達是分開的,有一根管子將線材由馬達及齒輪處導引至印表機上方供熱端壓出線材,這樣的設計讓壓出器移動零件的重量輕了很多,因此可以有比較快的列印速度。

大部分的FDM印表機製造商偏好包登式壓出器,因為速度較快且印物表面較光滑。美中不足的是列印較軟的材料(例如彈性線材)可能會發生問題,因為線材由齒輪到熱端有很長的路要走,其間可能會彎曲變形或者卡住。另外,線材也比較不容易送至印表機。

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3. 熱端(hot end):這是讓線材熔出並沉積在列印床以生成3D物件的裝置,因為它是線材加熱及部分液化的地方,所以溫度相當高(高達250℃),必須要和印表機的其他部分隔絕,注意不要碰到熱端以免燙傷。不同的材料可能要在不同的溫度列印,才能得到最佳的結果,因此溫度必須控制精準,這時溫度感知器就很重要。

 

4. 步進馬達(stepper motor):至少有1個馬達會連結到壓出器以推動線材,另外有3個馬達連結到時限皮帶(timing belts)及滑輪(pulley),讓壓出器可以在X軸、Y軸及Z軸移動,步進馬達可以將馬達的全旋轉分配成相同的步進,以更準確地進行移動及控制。馬達的品質可能會對印物的準確度造成很大的差異,這種馬達有時候也用於控制機器人。

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5. 線材(filaments):雖然線材不是3D印表機的一部分,但是你要用它來列印,最常用的線材是PLAABS,如果你想要探索不同的線材,有許多新材料(例如添加木材或砂岩的線材)可以讓印物看起來非常不一樣。

線材是以捲軸的方式提供,而捲軸通常位於印表機的背面或側面,線材送至壓出器加熱後,其熔漿自噴嘴壓出,列印時線材是以一層一層的方式堆疊上去,最後得到你要的3D物件。

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