sheet metal reprap I3 板金 3D 印表機列印測試心得與改進建議

緣起

        原本在寶藏巖口丁玩的 Reprap i3 3d 印表機的版本是購買來自 sega 兄的套件,與國外版本不同的地方是在地化雷切壓克力作為機構背板與床板架,然後這套設計也已成為台灣自己 DIY 3DP的主流。然後就一邊玩一邊調校一邊印自己需要的東西,過程中也透過這有話題與容易理解的開源硬體計畫去書展、學校和上電視傳教,讓更多人了解 open source 的意義、 maker 精神以及正在發生的數位製造衝擊。

        在幾個月前,在 reprap.taipei 社團上看到  Q Mo Chen  先生分享了他所製作的板金 i3 零件,當時沒什麼感覺,因為更早之前有看過這部紀錄片,所以 想跟著國外老外的腳步,想弄一組鋁背版與床板架的零件,所以反而問他有無要出鋁版本的結構件。直到一個月前得知馬爸買了一組來玩,然後也多買了一組想放在口丁提供給週三來碗 arduino 聚會的大家玩,於是我們就開始進行了 i3 進化,壓克力變鋼鐵的旅程。基於社群的分享概念,所以當下做了一個決定把卸下的零件送給一位澎湖網友,希望把開源、maker 的理念向台北以外的地方推廣,這活動的發起也獲得 Angel Hsu 加碼加贈一套 I3 3D 列印件,所以最後送了一大包的零件出去(紀錄一)。

       

金屬材質

        拿到這套板金套件,在週三聚會中一邊移植機器,也一邊開始討論這金屬材料的問題,我只知道這金屬是 SS 400 (原本名稱為 SS41 ,但已經改為 SS400 近10餘年了。黑手業叫黑皮板,代號 ss41。),所以開始找資料為何 Q Mo Chen 兄選用這材料而且馬爸覺得用這材料在機器運動中會比較穩定。google 與消化一些資料後,簡單來說 SS 400 是屬於抗拉強度41~52kg/mm^2的低碳鋼,常用於建築、橋樑、船舶、鐵道車輛與其他構造物,所以耐震性佳。更詳細的關於這材質的資料請見參考資料一參考資料二

       目前口丁的 Reprap I3 的電機與硬體與大家所玩的 I3 並沒有太大的差異,噴頭是口徑為 0.4 的 j head ,曾經阻塞過後來被富名火烤清槍過依然頭好壯壯一枚,然後印了一陣子改為陳大頭兄所設計的喉管加上 0.4 的噴頭(噴頭圖) [圖失聯?],線材使用大鳥販售的線材。列印紀錄請見紀錄二,每張圖片上會有表示用哪個噴頭與哪個切片軟體,一開始用sli3r ,列印出來的物件外觀都會有一點一點的顆粒,後來改用 cura ,外觀有點狀的顆粒就不再出現。除了前面提到因為切片所產生的顆粒問題外,列印的品質相當穩定,每一層都非常密合不會有走位與出錯的地方,這些穩定的列印效果都可以在紀錄二中觀察到。自己個人認為 SS 400 材質的結構件提供了機器運作的穩重,並且把馬達產生的振動吸收掉,所以才有列印件層層有序的品質。

 

外觀設計 

        這套的外觀、結構設計大致上仍然是 Reprap I3 的血統,個人認為就 Reprap 計畫發展來看,I3 架構已經是很成熟的狀態,不管是在 reprap wiki 、github 或是 thingervise 上的相關討論、分享已經緩慢下來,不像過往那麼熱絡,而近期的熱門討論是 delta 這類的機型。而 Q Mo Chen 兄有加入自己的想法在這套件的細節上,比如說側邊三角板的線條造型收線與增加可懸掛線材的孔位(圖一),或是為門型框架內的直線改為帶有小弧度來增加強度(圖二),增加Y軸光軸的夾具,避免鐵碰鐵的過度振動並且吸震(圖三),以及將 LCD 控制面板整合為一體的開孔設計(圖四)等等,這些都感受的到設計者投入的心思。然而就一開始就提到的, Reprap I3 的結構是已經成熟的設計,有些 Q Mo Chen 兄增加的部份,就我們使用下來有感受到需要修改的必要。

建議與改進

         第一個遇到的使用問題是  Q Mo Chen 加入的整合 LCD 面板設計,因為是預先留下孔位在左上角,在加上 SD 卡插槽是在左手邊,這在使用上就會產生悲劇,因為要插 SD 卡的時候會相當不容易(圖五)。同一個問題是整合 LCD 面板設計孔位是給目前最多人使用的 lcd 控制模組(圖六),一旦消費者想要更換全圖形的 LCD 的控制模組(圖七)就會有點囧。所以建議這個整合LCD 控制設計開孔可以拿掉,若是要繼續保有貼心的搭配控制面板設計給予消費者,可以幫忙畫 3D 零件圖檔,把這幾種的控制面板的腳座改為適合的寬度(圖八),來符合鋼鐵板的厚度,讓使用者更順手。

         第二個問題是床板架的設計,猜測  Q Mo Chen 兄為了追求穩定把原本只用三個軸承的設計增加為四個(圖九),其實 3D 列印並不會有過重的產出,只要三個就夠用了,所以我在移植的過程中並沒有把這零件換上去,繼續沿用舊有的。所以下一個版本的套件,建議改回只需三個軸承的設計。

         第三個問題是整合電源插座的設計(圖十 ,右下方),這點的想法比較偏個人喜好,自己是偏向拿掉這設計,因為把電源供應器再拉一條線到這電源插座上,感覺有點多了些。

         第四個是建議,既然都已經是選用雷射切割金屬做為結構件,或許可以在增加一個零件也使用雷切金屬,這個零件是 X 軸運送擠出機總成的背板(圖十一),這部份的零件用久了會有變形、軟化的傾向,所以可以的話把這零件也變成金屬的(圖十二),然後在增加可調整皮帶的鬆緊度的機構在上面,就像這個設計一樣,不建議把調整皮帶的機構放在外側,是因為在這附近的皮帶會因拉緊而變形,多少會影響運動。

         第五的建議,可以思考一下這區域的收線設計(圖十三),目前的開孔給予電源線、Y軸馬達與Z軸右邊馬達走線的方式感覺不太順,或許可以整成沿著牆面走,把線藏起來。

         第六個也是個人偏好,希望可以把門型結構面板上的 CW (圖十四)摟空拿掉,因為是延伸來自 I3 的系統,換成 Reprap I3 或是中文化名稱"鋼鐵 I3" 或是可以透過社群命名投票。

         第七個建議是修正螺絲的固定高度或是變動造型設計,讓鎖螺絲更加順手,這版本的設計對於鎖螺絲不太順手(圖十五)(圖十六

         第八個建議是如果是使用原來 reprap prusa i3  X 軸總成的零件使用,會發生移動到一定高度就因為框架造型的關係無法升上去的問題(圖十七),雖然可以將 X 軸馬達反過來裝避掉會卡住的地方,或是使用升級使用線軌 X 軸套件,但是這兩個方法對於光軸愛好者就不是那麼舒適了。

         

馬爸的巧思

        在每週三聚會玩鋼鐵 I3,馬爸都會有一些新招式分享,其中比較跟鋼鐵 I3 材質有關的一招是不用螺絲就可以把電源供應器與 Arduino, Ramps 板子靈活的吸附在側邊板子上,而且也容易卸下方便檢測。馬爸這絕招是用多個小型磁鐵座鎖在板子(圖十八)與電源供應器上(圖十九),然後就可以自由自在的拆裝了,這招完全善用了鋼鐵 I3 的本質優勢!

鋼鐵 I3 列印紀錄相簿 

參考資料 

I3 雷射切割件參考:

http://reprap.org/wiki/P3Steel

http://www.thingiverse.com/thing:157303

http://www.thingiverse.com/thing:463371

http://www.thingiverse.com/thing:182675

http://www.thingiverse.com/thing:229614

http://www.thingiverse.com/thing:463371 雷切鋼鐵 X 軸總成Y軸皮帶夾零件。

http://www.thingiverse.com/thing:525851 y 軸馬達支撐座

事後維護紀錄