改装:开源桌面级五轴3D打印机-Open5x(附下载) 

3D打印技术 /[其他]
发布时间: 2022-11-18 12:14
当大家聊起五轴数控机床时,或许并不会感觉到新奇,但提起五轴3D打印机似乎并不那么常见,开源的相关解决方案更是少之又少。
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最近,在国外的3D打印社区中有一款基于Prusa 3D打印机改装的五轴3D打印机吸引了大家的关注。这是把3D打印机从3轴变成5轴的有效方案,由伦敦帝国理工学院的一个研究团队开发,命名为Open5x,并在Github上开源。
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主流的FDM 3D打印设备通常采用两种运动系统结构,第一种是笛卡尔,又称XYZ型,比如Prusa i3 3D打印机;另外一种是并联臂,又称三角洲型,比如Kossel 3D打印机。但不管是采用哪种结构都离不开XYZ三轴运动,由于是自下而上的平面打印,避免不了有的模型需要单独添加支撑。

有没有什么方法可以在不影响表面质量或添加额外支撑的情况下创建复杂的几何形状?答案是肯定的,通过添加额外的运动轴来实现,类似传统制造行业中使用的CNC 5轴数控机床完成类似的工作。

五轴3D打印的工作原理
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通常空间直角坐标系由X、Y和Z 3个平面组成,通过添加三个旋转轴标记为 A、B 和 C,它们分别绕X、Y和Z轴旋转,就组成了三个线性轴和三个旋转轴。除了线性轴之外,结合A轴和B轴就变成了5轴机器。

五轴3D打印的优势和难点
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增加两个额外的轴不仅可以完全消除支撑结构,还可以获得更高质量的表面光洁度、更大的设计灵活性和更高的零件强度。因为通过从不同的方向打印,零件可以比简单地在Z方向堆叠层更坚固。

五轴3D打印机似乎就是梦寐以求的理想机型,但是真正做出来却面临不少的挑战。首先,5轴的机器动力学比3轴3D打印复杂得多;此外,切片也是更大的难点,因为大多数切片软件都只支持在Z轴单方向上打印。这意味着必须在更复杂的CAM软件中手动计算某些刀具路径,尤其是在3D打印非平面表面的情况下。
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虽然5轴3D打印仍然存在许多限制,但还是有不少企业制作出了机器,但售价从几万到上百万不等,是一般买家或者玩家无法接受的。而这次由伦敦帝国理工学院研究团队提供的解决方案,更具可行性和经济性,因为它是在已有的机器上进行改装,省去了从零开始的时间,还节省了不少的成本,我们接下来一起看看他们是如何做到的。
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硬件上除了一台Prusa i3 3D打印机,还包括额外的电机、一些通用硬件和3D打印部件。使用了常见的RepRap固件上加上Duet3D电子设备控制。
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切片软件上,由于传统的切片软件只能在平面层中切片,研究人员开发了一种使用Grasshopper(Rhino CAD 软件中包含的可视化编程语言)的非平面切片算法来克服这个问题。

在进行这项开源项目的探索中,研究人员不仅发现多轴3D打印不只是不需要支撑材料,可以减少浪费和获得更好的表面光洁度,同时零件强度还能得到增强,另外通过功能材料的打印可实现有趣的应用。
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比如在上图中,使用五轴3D打印机在曲面上实现了3D打印功能性电路迹线。同时,该团队也表示,如果要实现真正的免费开源,他们还需要继续开发一个免费、开源的5轴切片软件,并具有出色的用户友好界面。因为目前采用的方案是使用Rhino和Grasshopper进行切片,而Rhino是一个付费软件。

目前,在GitHub存储库上已经有该五轴3D打印机的相关资料,包括:

1,材料和供应商采购清单。
2,用于装配的3D打印文件。
3,电路板设置(Duet2+RepRap固件3.1.1)。
4,硬件的组装说明。
5,用于5轴切片的Grasshopper定义和Rhino模板。
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目前此开源项目还在进行中,研发团队表示还在继续改进,open5x的下一个迭代将包括:

硬件:

1,自动调平U轴上的倾斜度,目前是通过数字水平仪 + 手动G92 U0实现。
2,部分冷却风扇将重新设计,以便将空气吹到喷嘴的末端,提高打印质量。
3,改进Z轴上的止动器避免手动调平床。

软件:

1,继续迭代Grasshopper减少切片的计算时间。
2,修改当前版本中存在的已知错误。
3,最终开发出独立的开源切片软件。

据资源库了解,以上这项改进计划预计将在2023年3月实现,更多关于此项目的信息可访问:https://github.com/FreddieHong19/Open5x。或者点击下载 Open5x-main.zip
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