Reprap 3D打印机框架构件及应用

Reprap 3D打印机系列框架主要由常见的构件构成，其中螺纹丝杠标准件和3D打印塑料件的使用非常广泛，几乎所有的Reprap 3D打印机都使用了这些构件。

1.盒子框架3D打印机系列

盒子框架3D打印机系列如MakerBot、Ultimaker 3D打印机，框架由激光切割的木板或者亚克力组成。这种结构要比早期由螺纹丝杠组装的Reprap系列孟德尔机型打印机更容易组装，调试和校准更简单准确，缺点是振动有些过大。最近很多厂商生产的这种类型的3D打印机大部分由一体成型的白钢或者铝合金框架组成，优点是结构更为稳定，振动更小；缺点是价格高，结构复杂，改造困难。图3-1所示为MakerBot盒子状框架。

图3-1 MakerBot盒子状框架

2.三角稳定结构框架

本书第5章的组装实例Prusai3的基础设计属三角稳定结构框架，其中大部分零件使用五金店出售的标准件。标准件既便宜又实用，是搭建个人桌面级3D打印机的不二之选。除了标准件之外，主要使用了两种定制零件，激光切割板材和3D打印塑料件。这些3D打印的塑料件主要做连接部分，并且其他材料也都可以轻松找到对应的原料商和加工厂。图3-2为Prusai3亚克力框架，图3-3为Prusa i3 3D打印机框架和塑料连接件。

图3-2 Prusa i3亚克力框架

图3-3 Prusa i3 3D打印机框架和塑料连接件

3.三臂并联框架3D打印机系列

三臂并联框架3D打印机系列如Rostock^[1]3D打印机，框架由铝型材或者木板构成，连接的塑料部件可以由爱好者自己的3D打印机打印而成。(www.xing528.com)

本书组装实例KosselMini3D打印机采用了国外进口铝型材和打印塑料件。三角形结构增加了框架稳定性，提高了打印速度，但是由于使用了3D打印件，结构刚性不足，打印过程中机器晃动严重，并且联动着打印头也晃动，影响了打印精度，尤其在打印小部件时。最近有铝合金连接件替代3D打印塑料件的解决方法，机器稳定性明显增强，缺点是铝合金连接件需要开模定做，价格昂贵。图3-4为Kossel Mini 3D打印机框架和连接件。

图3-4Kossel Mini 3D打印机框架和连接件

4.Scara 3D打印机系列

Scara中文译名是选择顺应性装配机械手臂，是一种特殊类型的工业机器人。其结构最大的优势在于平面定位速度快，比普通的关节式机器人速度快数倍，定位精度高，轻便，响应快，非常适合进行装配作业，逐渐被应用到3D打印机中。Scara 3D打印机具有打印精度高，易于拓展，可轻易设计出多功能模块化的工具头，一机多用的特点。例如，工具头可设计成具有放置/拾取、3D打印、轻型铣削、涂胶、探测以及机床辅助等功能。Scara 3D打印机实际上更像是一种多功能的机器人，拥有各种各样的功能。但这种结构要求机械精密度高，甚至要达到工业级标准才能保证其精度，传动部分需要使用伺服电动机和谐波减速机才能保证其精度，使用的这些部件价格非常昂贵，DIY爱好者难以承担。出于成本的考虑，DIY爱好者们使用步进电动机和行星减速机或者RV减速机代替伺服电动机和谐波减速机，使用普通丝杠代替滚珠丝杠，甚至使用同步带代替谐波减速机，这种替代的方案往往使精度无法保证，打印效果很差，大大限制了这种机器的发展。图3-5～图3-7为Scara 3D打印机和结构。

图3-5 Scara 3D打印机

图3-6 Scara 3D打印机草图

图3-7 Scara 3D打印机结构

基于以上特点，Reprap系列3D打印机的优点在于制作简单，材料易于获得，价格比较低廉；明显的缺点是结构不稳定，振动大，调试和校准复杂，精度不能保证。