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        3. 改裝:開源桌面級五軸3D打印機-Open5x(附下載) 

          發布時間: 2022-11-18 12:14
          當大家聊起五軸數控機床時,或許并不會感覺到新奇,但提起五軸3D打印機似乎并不那么常見,開源的相關解決方案更是少之又少。
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          最近,在國外的3D打印社區中有一款基于Prusa 3D打印機改裝的五軸3D打印機吸引了大家的關注。這是把3D打印機從3軸變成5軸的有效方案,由倫敦帝國理工學院的一個研究團隊開發,命名為Open5x,并在Github上開源。
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          主流的FDM 3D打印設備通常采用兩種運動系統結構,第一種是笛卡爾,又稱XYZ型,比如Prusa i3 3D打印機;另外一種是并聯臂,又稱三角洲型,比如Kossel 3D打印機。但不管是采用哪種結構都離不開XYZ三軸運動,由于是自下而上的平面打印,避免不了有的模型需要單獨添加支撐。

          有沒有什么方法可以在不影響表面質量或添加額外支撐的情況下創建復雜的幾何形狀?答案是肯定的,通過添加額外的運動軸來實現,類似傳統制造行業中使用的CNC 5軸數控機床完成類似的工作。

          五軸3D打印的工作原理
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          通?臻g直角坐標系由X、Y和Z 3個平面組成,通過添加三個旋轉軸標記為 A、B 和 C,它們分別繞X、Y和Z軸旋轉,就組成了三個線性軸和三個旋轉軸。除了線性軸之外,結合A軸和B軸就變成了5軸機器。

          五軸3D打印的優勢和難點
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          增加兩個額外的軸不僅可以完全消除支撐結構,還可以獲得更高質量的表面光潔度、更大的設計靈活性和更高的零件強度。因為通過從不同的方向打印,零件可以比簡單地在Z方向堆疊層更堅固。

          五軸3D打印機似乎就是夢寐以求的理想機型,但是真正做出來卻面臨不少的挑戰。首先,5軸的機器動力學比3軸3D打印復雜得多;此外,切片也是更大的難點,因為大多數切片軟件都只支持在Z軸單方向上打印。這意味著必須在更復雜的CAM軟件中手動計算某些刀具路徑,尤其是在3D打印非平面表面的情況下。
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          雖然5軸3D打印仍然存在許多限制,但還是有不少企業制作出了機器,但售價從幾萬到上百萬不等,是一般買家或者玩家無法接受的。而這次由倫敦帝國理工學院研究團隊提供的解決方案,更具可行性和經濟性,因為它是在已有的機器上進行改裝,省去了從零開始的時間,還節省了不少的成本,我們接下來一起看看他們是如何做到的。
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          硬件上除了一臺Prusa i3 3D打印機,還包括額外的電機、一些通用硬件和3D打印部件。使用了常見的RepRap固件上加上Duet3D電子設備控制。
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          切片軟件上,由于傳統的切片軟件只能在平面層中切片,研究人員開發了一種使用Grasshopper(Rhino CAD 軟件中包含的可視化編程語言)的非平面切片算法來克服這個問題。

          在進行這項開源項目的探索中,研究人員不僅發現多軸3D打印不只是不需要支撐材料,可以減少浪費和獲得更好的表面光潔度,同時零件強度還能得到增強,另外通過功能材料的打印可實現有趣的應用。
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          比如在上圖中,使用五軸3D打印機在曲面上實現了3D打印功能性電路跡線。同時,該團隊也表示,如果要實現真正的免費開源,他們還需要繼續開發一個免費、開源的5軸切片軟件,并具有出色的用戶友好界面。因為目前采用的方案是使用Rhino和Grasshopper進行切片,而Rhino是一個付費軟件。

          目前,在GitHub存儲庫上已經有該五軸3D打印機的相關資料,包括:

          1,材料和供應商采購清單。
          2,用于裝配的3D打印文件。
          3,電路板設置(Duet2+RepRap固件3.1.1)。
          4,硬件的組裝說明。
          5,用于5軸切片的Grasshopper定義和Rhino模板。
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          目前此開源項目還在進行中,研發團隊表示還在繼續改進,open5x的下一個迭代將包括:

          硬件:

          1,自動調平U軸上的傾斜度,目前是通過數字水平儀 + 手動G92 U0實現。
          2,部分冷卻風扇將重新設計,以便將空氣吹到噴嘴的末端,提高打印質量。
          3,改進Z軸上的止動器避免手動調平床。

          軟件:

          1,繼續迭代Grasshopper減少切片的計算時間。
          2,修改當前版本中存在的已知錯誤。
          3,最終開發出獨立的開源切片軟件。

          據資源庫了解,以上這項改進計劃預計將在2023年3月實現,更多關于此項目的信息可訪問:https://github.com/FreddieHong19/Open5x;蛘唿c擊下載 Open5x-main.zip
          開源從來都不是一件簡單的事情,但正是因為前人的努力,科技才得以能夠快速發展。3D打印行業也同樣收益于此,期待更多的3D打印開源項目,來自中國。

          聲明:本文是 3D打印資源庫網 原創文章,如需轉載請注明出處,并鏈接回本站。如果希望被資源庫報道,可 填寫信息 告訴我們。如對文章有異議或投訴,請联系kefu@3dzyk.cn。
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