3d打印零基础入门指南
#3d打印零基础入门指南
本案例可能不包含很详细的组装细节，而是着眼于3d打印的组成原理。笔者觉得，只要理解了打印机的原理，很多组装细节就是自然而然的了。笔者自身是完全零基础开始的，目前网络上的资源并没有一个很系统的文档来梳理打印机的原理，在学习过程中走了不少弯路。所以在自己成功组装出一台可正常运作的打印机后，撰写此文整理总结自己所了解的各项信息。如果能对读此文的你有所帮助就太好了。另外，我要在此感谢互联网上所有做开源打印机方案的作者。
##3d的打印的基本原理与各级组成
###1、概述
本案例中所使用的方案为R系列打印机之【阿祥】R12 V2.0小型复古3D打印机。该型号的打印机结构较为简单，个人认为它很清晰地展现了3d打印机的各级组成及其组织结构，较为适合新手diy来学习掌握。机器性能虽比不上当今的商用级打印机，但只要经过一定调教，也能胜任较为精细的打印。机器使用的主板为JOKER主板，所刷固件为Marlin2.0，机器在BiliBili的开源介绍链接如下：
那么，长话短说。3d打印主要分为两个流派，分别是fdm与光固化。fdm即fusion deposition modeling，也就是熔融沉积成型；而光固化则顾名思义，是使用特定波长的光照射光敏树脂等材料，使之一层层固化来形成模型。我们将组装的打印机属于fdm。如前所述，fdm3d打印技术是一项增材制造技术。它通过将塑料料丝熔融后通过一个细小的喷头挤出，同时该喷头被控制在一定空间范围内运动，从而实现将塑料塑形为特定形状。它的另一个名字“堆塑制造”很形象地展现了这一点。
但无论是fdm还是光固化，3d打印都是一层一层进行的。3d打印机不能直接打印你丢给它的stl模型文件，这也是为什么要引入另一个工具————切片软件。切片软件顾名思义，就是起到将你的模型一层层切为薄片，随后将每层薄片切丝，最后将沿着丝的运动路径及挤出信息等翻译为3d打印机能读懂的语言：g-code。g-code或称G代码，是这类机器所能直接读懂的通用控制代码。
切片软件种类多样，我个人使用的是Cura。如果你不打算自己组装，而是购买拓竹商用机，则建议直接沿用拓竹的官方软件Bamboo Studio。Cura界面简洁，支持对模型的缩放、对称等多种基本操作，而打印设置可调参数也极为多样。可以说它基本上能满足你玩3d打印从入坑到成为高手中的大部分切片需求。缺点也有，那就是它不支持读取3mf文件。关于它是什么我们后面再讲。
###2、3d打印机的结构
一台3d打印机如果想做得很丐，它的成本能压到很低。从功能上说，只要你能做到控制喷头在x、y、z三个方向上进行运动，控制喷头发热，并推入料丝来挤出，并提供一个平台来承接打印的模型，这就够了。从结构上说，3d打印机需要一块主板读取你导入的g代码来进行控制各种运动；需要最少四个步进电机来控制x、y、z、e（extruder即挤出机）的四轴运动；需要至少一个发热电阻和一个热敏电阻来控制喷头温度，从而融化送入喷头的料丝；最后需要一个平台来承接模型。此外需要各种各样的传动件与结构件，承接模型的平台一般也需要加热来避免模型在打印过程中脱落（故名曰“热床”）。
####a 步进电机
让我们从步进电机说起。步进电机是一种可以控制电极轴旋转度数的电机。不严格地说，普通的直流电机不能实现精细控制，只能通电就转，断电就停；而步进电机内部有多组线圈，通脉冲信号后可以产生旋转的磁场，从而吸引转子进行精确的旋转运动。步进电机一般需要通过驱动器与主板相连，这是因为主板所发出的电流一般太弱，无法直接驱动电机。此外，现代的驱动器也可以通过细分信号实现电机连续、平稳的运动以减小噪音。
此外，步进电机与普通电机的区别还在于“自锁”上。
一般而言，最简单的普通电机模型只有最简单的两相，且内部的换相过程是通过机械结构强制进行的，也不存在自锁结构。这就导致直流电机只要通电就必须做连续的旋转运动，整个运动是平滑而模拟的；停止通电后，普通电机也不能控制停在哪个点位，只是依靠惯性与摩擦耗散随机地停在电机内部的某点。
而步进电机可以实现自锁。步进电机在正常工作时，控制器发出脉冲信号，驱动器连续地给各相通电，产生旋转磁场。而控制器停止发出脉冲信号时，驱动器并不会切断所有线圈的电流，而是会保持在最后一步的通电状态，这就形成了一个静止的磁场，对电机转子产生一个固定方向的“回正力”，使电机旋转轴牢牢地固定在一个角度。
####b 挤出机与热端
挤出机与热端共同组成了3d打印的挤出系统。也有将挤出机称为冷端的说法。但总而言之，料丝通过这个系统被精确地挤出并熔融，最终通过特定直径的喷头被挤出形成堆塑。挤出机由步进电机与齿轮系统等组成，步进电机驱动齿轮，在这里通常会通过特定的齿轮组进行传动，并最终将塑料料丝通过两个对向啮合的，中间留有缝隙的齿轮送出。整个体系的结构本质上和压面机是一样的。只不过在这里，压面机的行程可以被精确控制。
那么，如何控制行程呢？前文所述，步进电机由3d打印主板控制，而步进电机当然不能直接机械地送出料丝，而一定需要使用传动系统传动，也就是齿轮组。齿轮组的步数并不固定，具体配置视机器的具体设计而设计。但总地来说，我们在主板中通常可以使用一个名为“轴步数”的参数来调整。这个参数犹如一个缩放系数，用以校正指令系统所发出的轴位移指令与经过传动系统，步进电机所实际作用出的轴位移的差值。
譬如：我们通过主板向挤出机步进电机发送一个正向运动10mm的轴位移指令：
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*如果你不了解应当如何向主板发送指令，请查附件中我所上传的文件，其中有关于