3D Printing开放源码计画(2)：设计实务分享

在2012 Comptuex Taipei中，威盛电子与帝凯科技(decade.tw)相互合作，发表一款整合MakerBot Thing-O-Matic与VE-900的「个人云端3D印表机」。

图一 : 正在印制台北101大楼3D模型的过程 BigPic:444x644

此机器以Thing-O-Matic的硬体外观作为设计蓝图，往下延伸出一个独立空间，此空间置放了一台标准的PC主机板(VE-900)，搭配SATA硬碟、电源供应器、USB连接线与VGA萤幕输出，与一个触控显示介面相连，完美整合成一台可独立运作的个人3D印表机。

其最大的挑战在於软体介面的重新设计。大多数的3D Printing过去都是使用ReplicatorG这套开放原始码软体，此软体对於初学者来说还是不容易立即上手。因此，我们根据一般人使用的习惯，重新思考一台印表机必要的步骤有哪些，最後赋予新介面三个重要关键因素：开启档案、预览列印、列印进度查看。

开启档案方面设计了两个重要功能，一是直接读取USB随身碟内的档案，另一方面可从Dropbox或Google Drive直接下载模型档案。在下载或开启的STL档案进行输入後，可直接在此介面预览3D 模型，透过触控方式，直接在触控萤幕上做旋转、放大、移动等操作，对於初次使用者相当方便。

实际列印的时候，与一般喷墨印表机或雷射印表机不同，3D Printing是用堆叠方式一层一层把立体的样貌打造出来，这是如何做到的呢？

首先，3D Printing如同它的名称一样，属於立体式空间，因此需要X、Y、Z三个轴向，X与Y轴在此负责移动一个加热平台，平台上方的喷嘴除了负责加热到一定温度，还需透过一颗步进马达缓慢地将ABS塑料融化後喷出，而Z轴就是负责每一层的高度，每完成一层就上升一小段高度，使立体模型顺利完成需要的样貌。

相信读者会想问，3D模型是否可以任意设计？任意设计的结果是否会造成印制上的困难？

在我们的测试过程中，也碰到许多类似的问题。例如模型的设计不能底部为悬空状态，也就是不能设计没有支撑点的模型，若要设计此类的造型，必须缜密考量到喷嘴行走速度与送料的关连性，任一种情况都可能容易造成模型制作失败。

另一个案例发生於使用Sketch up软体制作时，没有考虑到喷嘴走动的路径设计。路径设计不良会让机器往返走动的速度过短，轴向错位，导致模型喷出时容易印制错误。为了避免这样的情形发生，ReplicatorG里有一个预览功能，可在产生G Code後一层层检视喷嘴走动的路径。

不仅模型设计需要考量很多因素，目前3D Printing共同的问题在於加热喷嘴使用的寿命，以我们测试的Thing-O-Matic MK7喷嘴系统为例，常因ABS塑料材质加热过後所产生的硬化胶质，慢慢会累积在喷嘴四周，必须不断的定时清除周边残留物，以免喷嘴因为残留物堵塞细小的喷嘴出囗，导致无法射出成形。

最好的解决方式是每当不使用机器的最後，趁喷嘴温度尚有200度以上的高温时，使用镊子将喷嘴周边清除乾净，或是用软体去控制马达挤出一小段塑料，保持喷嘴为畅通状态，在下次使用时就能确保喷嘴出囗没有任何异物卡住。

（作者刘士达和林义翔为帝凯科技创办人及Arduino.TW站长，本文摘自CTIMES杂志251期/2012年9月号《硬体开放後的新整合：3D Printing》)

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