改良我的無名 Core XY 3D 打印機

話 說 之 前 我 買 了 一 部 差 唔 多 係 世 界 上 最 平 的 大 尺 寸 Core XY 3D 打 印 機 ( ¥1578 )。不 過 佢 始 終 係 一 部 無 牌 子 型 號 的 便 宜 貨 ,所 以 少 不 免 要 這 裡 改 動 一 下 ,那 裡 改 動 一 下 。

先 簡 單 說 說 這 部 超 抵 買 3D Printer 的 Spec 吧 。它 是 一 部 Core XY 結 構 的 3D Printer,打 印 體 積 是 300 x 300 x 300mm,雙 Z 軸 。它 使 用 近 程 打 印 頭 ,1.75mm filament,0.4mm nozzle。它 有 2.4 寸 全 彩 Touch Screen 顯 示 屏 ,有 斷 料 檢 測 ,斷 電 續 打 。

這 台 打 印 機 使 用 雙 火 牛 供 電 ,大 熱 床 有 專 用 24V 火 牛 供 電 ,以 確 保 升 溫 迅 速 。它 也 有 一 個 比 較 少 見 的 功 能 ,就 是 打 印 頭 下 面 有 LED 照 明 燈 ,還 有 獨 立 開 關 。

收 到 打 印 機 之 後 ,在 閱 讀 安 裝 文 件 時 ( PDF,十 分 詳 細 和 清 楚 ,有 88 頁 ,超 多 圖 ),我 就 見 到 有 幾 個 我 唔 太 喜 歡 的 地 方 。要 知 道 ,這 始 終 不 是 大 牌 子 的 產 品 ,沒 有 經 過 一 大 Team 人 的 詳 細 討 論 和 測 試 。

打 印 頭 的 方 向

首 先 是 打 印 頭 的 方 向 ,它 是 背 面 ( 步 進 電 機 ) 向 著 打 印 機 前 方 的 。這 在 換 filament 的 時 候 就 很 尷 尬 了 ,因 為 根 本 什 麼 都 看 不 到 。和 打 印 頭 方 向 相 關 的 ,就 是 filament 的 掛 架 ,原 來 也 是 安 排 在 機 背 。

因 為 這 本 來 就 是 一 台 大 尺 寸 打 印 機 ,也 有 一 定 重 量 ( 超 過 10KG ),所 以 如 果 你 唔 係 有 空 間 可 以 行 去 機 背 ,根 本 唔 可 能 換 filament ( 要 放 在 廚 房 中 島 )。又 或 者 ,難 度 每 次 換 filament 都 要 成 部 機 轉 動 180 度 ,令 到 機 背 向 著 自 己 麼 ?

Core XY 結 構

要 解 決 打 印 頭 的 問 題 ,其 實 我 有 兩 個 選 擇 。一 是 只 把 打 印 頭 轉 180 度 ,第 二 是 把 整 個 Core XY 結 構 都 轉 動 180 度 。最 後 考 慮 到 不 想 改 動 endstop 的 位 置 ,所 以 我 選 擇 了 後 者 ( 因 為 整 個 結 構 是 一 個 正 方 型 平 面 ,所 以 改 動 沒 什 麼 難 度 )。

做 完 這 個 改 動 之 後 ,打 印 頭 變 成 風 扇 的 那 一 面 向 著 前 方 。但 是 homing position 就 會 由 機 器 的 左 前 角 ,變 為 右 後 角 。對 我 來 講 ,homing position 變 為 在 後 方 ,會 更 方 便 我 打 印 完 成 之 後 取 件 。

至 於 filament 掛 架 就 更 簡 單 了 ,其 實 你 喜 歡 掛 在 那 裡 都 可 以 。我 就 選 擇 掛 了 在 機 身 右 邊 。

filament 掛 在 機 身 右 邊 靠 前 的 位 置

第 二 個 我 唔 滿 意 的 地 方 ,是 它 只 用 了 一 個 普 通 的 機 械 繼 電 器 去 控 制 熱 床 升 溫 。其 實 如 果 你 有 留 意 ,很 多 3D 打 印 機 控 制 板 在 加 熱 棒 和 熱 床 的 輸 出 的 位 置 ,都 會 有 一 粒 LED 去 顯 示 輸 出 究 竟 是 ON 定 OFF。

機 械 繼 電 器

熱 床 由 室 溫 升 溫 到 指 定 溫 度 時 ( 例 如 60°C ) 那 輸 出 當 然 是 長 著 ,但 當 熱 床 到 達 目 標 溫 度 時 ,輸 出 就 會 變 成 是 一 連 串 快 速 的 開 開 關 關 ,這 時 LED 就 會 極 為 快 速 地 閃 爍 。機 械 繼 電 器 的 裡 面 是 一 個 電 磁 鐵 控 制 的 物 理 開 關 ,根 本 唔 可 能 做 到 快 速 的 開 開 關 關 。

solid state relay

要 解 決 這 個 問 題 也 很 簡 單 ,只 要 改 用 固 態 繼 電 器 ( Solid State Relay ) 就 可 以 ,固 態 繼 電 器 沒 有 moving parts,可 以 快 速 地 開 關 。購 買 固 態 繼 電 器 時 要 留 意 適 用 的 輸 入 輸 出 電 壓 和 電 流 。

又 或 者 ,你 可 以 去 3D 打 印 機 的 專 門 店 ,購 買 一 些 熱 床 專 用 的 mosfet 就 可 以 了 。這 些 熱 床 mosfet 支 持 的 最 大 電 流 有 30A,按 24V 計 ,24 x 30 = 720W,夠 用 有 凸 的 了 。

和 熱 床 有 關 的 是 電 源 的 安 裝 位 置 。這 款 Core XY 使 用 了 雙 電 源 供 電 ,其 實 都 無 咩 唔 好 。不 過 佢 一 個 火 牛 安 裝 在 機 底 ,一 個 火 牛 安 裝 在 機 背 ,好 明 顯 就 係 一 開 始 設 計 時 無 規 劃 好 ( 24V 熱 床 火 牛 明 顯 是 後 加 的 )。

Core XY 底 部 – 電 子 裝 置

我 其 實 頗 為 欣 賞 這 機 器 有 一 塊 黑 色 阿 加 力 膠 片 做 底 板 ,然 後 將 控 制 板 ,火 牛 ,LCD 等 都 安 裝 在 底 板 的 下 面 ,好 看 又 整 齊 。其 實 根 本 機 底 就 有 大 把 空 位 ,於 是 我 將 24V 火 牛 都 改 為 裝 在 機 底 。其 實 就 只 是 要 3D 打 印 2 個 L 型 支 架 和 在 阿 加 力 膠 片 鑽 2 個 孔 。

Core XY – 2cm 增 高 腳

為 了 增 加 空 間 給 兩 個 火 牛 和 控 制 板 散 熱 ,我 為 打 印 機 設 計 了 一 個 簡 單 的 增 高 腳 ,令 打 印 機 底 部 增 高 了 2cm。

因 為 我 自 己 成 日 改 機 ,唔 太 喜 歡 有 條 長 長 的 電 源 線 吊 吊 揈 ,所 以 我 都 會 為 我 的 機 器 加 裝 一 個 電 源 線 插 座 。我 都 會 選 一 些 有 fuse 和 有 開 關 的 款 式 。

原 本 的 兩 個 開 關

在 LCD 的 旁 邊 ,有 兩 個 開 關 。原 來 一 個 是 打 印 機 的 開 關 ,一 個 是 打 印 頭 LED 的 開 關 。不 過 因 為 我 的 電 源 線 插 座 上 面 已 經 有 開 關 ,所 以 這 裡 的 其 中 一 個 開 關 就 廢 左 。

原 本 打 印 頭 的 LED,因 為 照 明 的 範 圍 太 細 ,所 以 我 改 為 在 機 架 上 增 加 了 一 條 12V LED 燈 帶 。我 在 thingiverse 找 了 一 個 30° 的 mount ( 因 為 打 印 一 條 又 高 又 幼 既 野 係 十 分 容 易 失 敗 ,所 以 我 分 開 三 條 矮 既 黎 打 印 )。

我 也 為 打 印 機 加 了 晶 格 玻 璃 ,不 過 佢 D 雙 面 膠 紙 黐 得 唔 係 好 貼 服 ,所 以 我 就 在 4 個 角 都 加 了 小 夾 子 ( 文 具 店 有 售 )。

熱 床 有 成 330 x 330mm,晶 格 玻 璃 310 x 310mm,兩 者 加 埋 其 實 好 頗 為 重 。原 來 的 熱 床 調 平 彈 簧 就 比 較 差 ,所 以 我 自 己 換 成 這 種 強 力 的 矩 形 彈 簧

為 了 稍 為 增 加 熱 床 的 效 率 和 省 一 點 電 ,我 也 為 熱 床 黐 了 厚 厚 的 隔 熱 棉 。不 過 缺 點 就 是 打 印 完 成 之 後 ,熱 床 降 溫 也 會 變 慢 ,要 等 一 陣 模 型 才 會 自 動 脫 落 。

原 來 的 打 印 頭 支 架

在 初 初 開 始 使 用 這 台 打 印 機 的 時 候 ,打 印 的 質 素 和 打 印 的 速 度 ,都 唔 係 好 理 想 。歸 根 究 底 ,是 打 印 頭 頭 重 腳 輕 的 問 題 。因 為 重 量 太 過 集 中 在 打 印 頭 的 前 方 ,所 以 快 速 移 動 時 ( 特 別 是 急 停 時 ),打 印 頭 都 會 有 向 前 翻 倒 的 傾 向 。

原 廠 的 打 印 件

非 常 好 彩 的 是 ,這 機 器 有 提 供 原 廠 的 3D 打 印 件 的 全 部 STL 模 型 檔 案 。這 讓 我 在 改 動 打 印 頭 的 設 計 的 時 候 減 省 了 大 量 工 夫 和 節 省 了 大 量 的 時 間 。

重 新 設 計 的 打 印 頭 支 架

我 把 X 軸 的 光 軸 距 離 ,由 30mm 增 加 到 70mm,並 把 打 印 頭 放 到 兩 軸 之 間 。這 樣 基 本 上 消 除 了 翻 車 的 傾 向 。

失 敗 的 作 品

不 過 因 為 我 唔 係 專 業 的 設 計 師 ,所 以 我 只 能 不 斷 trial and error 咁 去 完 善 我 的 設 計 ,不 過 這 亦 是 改 機 好 好 玩 的 地 方 。

最 終 的 作 品

現 在 ,我 的 常 規 打 印 速 度 是 90 / 45 mm/s,都 算 係 幾 滿 意 。始 終 這 是 近 程 打 印 頭 ,重 量 在 那 裡 ,不 可 能 像 遠 程 打 印 頭 那 麼 快 。

Y 軸 的 滑 車 也 要 作 出 相 應 的 改 動

因 為 更 改 了 X 軸 光 軸 的 軸 距 ,所 以 兩 個 Y 軸 的 滑 車 都 要 作 出 相 應 的 修 改 。

步 進 電 機 加 了 減 震 圈

X 軸 和 Y 軸 的 42 步 進 電 機 ,都 順 手 加 裝 了 減 震 圈

3D 打 印 機 要 裝 得 好 ,square ( 四 四 正 正 ) 才 是 王 道 。所 以 我 也 為 打 印 機 裝 了 好 多 加 固 的 角 件

OctoPi

為 了 增 加 遙 距 打 印 功 能 ,我 也 為 打 印 機 加 裝 了 一 片 OctoPi ( OctoPrint + Raspberry Pi )。

Pi Camera

同 時 也 加 裝 了 紅 外 線 的  Pi Camera。這 樣 子 不 用 開 燈 也 能 遙 距 見 到 打 印 情 況 ,拍 Timelapse ( OctoPrint 內 建 功 能 ) 時 也 同 樣 可 以 不 用 開 燈 。因 為 很 多 3D 模 型 都 要 打 幾 個 鐘 頭 ,就 算 在 家 你 也 不 會 時 時 刻 刻 望 實 部 3D 打 印 機 ,所 以 Timelapse 對 事 後 找 出 打 印 失 敗 的 原 因 很 有 幫 助 。

我 選 Pi Camera 而 唔 選 IP Cam ( OctoPrint 也 支 援 很 多 IP Cam ),主 要 是 因 為 大 陸 的 Pi Camera 十 分 便 宜 ,比 一 般 的 IP Cam 平 許 多 。

為 了 「遙 距 開 關 機 」,我 把 3D 打 印 機 插 了 在 WiFi 智 能 插 座 。可 通 過 手 機 App 在 任 何 地 方 遙 控 開 關 機 。

使 用 有 USB 的 拖 板 ,連 OctoPi 也 一 起 插 在 拖 板 上 ,全 部 野 都 可 以 遙 控 開 關 。

MKS tft and Octoprint Control over USB #138

不 過 網 上 流 傳 一 個 說 法 ,指 OctoPrint 和 MKS TFT 顯 示 屏 互 不 兼 容 。理 由 是 OctoPrint 和 MKS TFT 是 使 用 同 一 個 serial connection。我 自 己 也 試 打 了 一 些 較 細 的 模 型 ,除 了 會 見 到 一 些 error message 之 外 ,其 實 打 印 還 是 正 常 的 。

MKS TFT 系 列 其 實 不 是 由 打 印 機 控 制 板 所 控 制 的 display,而 是 相 反 ,你 可 以 把 MKS TFT 當 成 是 一 台 上 位 機 。當 MKS TFT 和 OctoPrint ( USB 電 腦 都 一 樣 ) 一 起 使 用 時 ,就 等 於 有 兩 部 上 位 機 同 時 去 控 制 3D 打 印 機 ,所 以 出 問 題 都 唔 算 奇 怪 。

Reprap Discount Smart Controller

不 過 正 正 因 為 MKS TFT 是 另 一 台 上 位 機 ,所 以 用 OctoPrint 打 印 時 ,很 多 資 訊 都 是 不 會 傳 送 到 MKS TFT 上 的 。例 如 打 印 的 進 度 ,X、Y 座 標 ,打 印 到 第 幾 層 之 類 的 。

剛 好 我 從 另 一 台 3D 打 印 機 拆 下 了 一 個 Reprap Discount Smart Controller,就 換 到 Core XY 上 面 用 了 。這 樣 子 打 印 時 就 可 以 顯 示 多 一 些 資 訊 。

不 過 總 的 黎 講 ,個 LCD 其 實 都 係 無 咩 用 。現 時 LCD 主 要 就 是 睇 下 溫 度 ,換 filament 時 為 噴 頭 加 熱 。呢 D 野 其 實 OctoPrint 全 部 都 有 ,用 左 OctoPrint 其 實 唔 用 display 都 得 。

無 名 Core XY 打 印 機

ctleung張 先 生 ,男 性 ,肖 龍 。
職 業 :I.T. Consultant
簡 介 :不 好 好 讀 書 ;七 尺 差 五 寸 ,手 長 過 膝 ,雙 耳 垂 肩 ;性 寬 和 ,寡 言 語 ,喜 怒 不 形 於 色 。據 說 少 時 曾 斬 白 蛇 於 鳳 凰 山 下 ……

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