基于教学使用的FDM型3D打印机制作
摘 要：3D打印技术理论与实践的结合应通过有效载体进行推广。从FDM型选择、理论学习与研究、样机设计与制作，总结了3D打印技术应用于教学使用过程中的理论、实验，以及制作可行性，满足课堂教学、实验实践的需求，有利于3D打印技术在高校的学习推广。
关键词：FDM型3D打印机;制作;教学
1 绪论
随着我国工业发展要求的不断提升，3D技术已逐步受到社会和高校科研师生的关注。全国第九届大学生结构设计大赛分赛段装配式桥梁结构模型制作，明确进行了应用3D打印机虚拟制作环节;3D动力大赛机械产品赛事也逐步从模拟三维造型向3D打印实物要求逼近，等等。[1]
本文项目研究组初衷是基于教学研全方位了解、认知一台3D打印FDM型机器。随着项目进程的不断学习和参加创新活动不断深入，也越发体验到制作和运行机器，对复杂的3D打印知识掌握具有非常直观有效的学习作用，更具有在大学生开展3D打印教学研初级阶段快速掌握基本知識框架的现实意义。
2 3D打印FDM型选择
FDM全称Fused Deposition Modeling，即熔融沉积成型技术，其工作过程为：计算机建模后，转换输入打印机控制器，控制器协同打印机喷头，将丝状材料融化喷出，根据喷头与工作台、步进电机等协同，层层打印形成三维实体。
选择FDM型一方面根据大学生教学使用，它具有设备成本低、原料高效无污染、器械及试验轻便等优点;一方面是3D打印领域其它类型选择所需投入机器成本、场地和环境要求等，高校教学或大学生创新实践都不能较好适应。
当前市场和高校的3D打印机，FDM型常见主要类型有三种：三角洲3D打印机、i3打印机、Makerbot 3D 打印机。[3]根据教学使用为出发点，每种打印机都在设计方面具有自身独特的优势，但也存在其教学研究等领域狭小的不足。因此，综合各打印机情况，创新开发具有自身特点的教学多用途打印机变得尤为重要。本文项目研究组通过调研与研讨，制作一台基于教学使用的FDM型3D打印机作为课题项目进行了组队研发。
3 教学使用FDM型3D打印机结构设计
一台机电产品都有自身通用的要求，包括框架安全性能、传动动力控制、打印控制系统、喷头平台设计等。经调研与研讨，FDM成型要求所具备的传动动力、传动方式、运动方式等，在三角洲3D打印机、i3打印机、Makerbot 3D 打印机上都根据自身结构特点选择了适合的方式呈现，其最大区别在于运动方式的不同而对其进行了区分。
从教学使用和打印实践来看，本次设计一方面要尝试传动方式的改变，由带传动改为齿传动;另一方面要尝试在打印实践方面改进打印精度，进行喷头装置控制配合的新方法。
3.1 外支撑框架设计
熔融沉积打印机有很多种类型，其中最常见的有两种类型[4]：
类型1：笛卡尔3D 打印机
它由三个导轨组成，沿着笛卡尔平面的轴线运动。选择控制笛卡尔3D 打印机的运动是相当简单的机械和软件，因为只有沿着轴线直线运动。现在市场上的3D 打印机大多数使用笛卡尔系统。
类型2：Delta 3D 打印机
它通常由三垂直导轨组成，其运动是通过他们上下移动的。它们直立在三角形结构中。挤出机连接到这些导轨与三臂，由于运动比较复杂，因此很难以找到打印机的头部位置。Delta 打印机在业界和3D 打印消费群体中越来越受欢迎，这是因为这种打印机可以更快的打印模型，而且比笛卡尔坐标的打印机更加紧凑。
在参考两种类型结构的基础上，团队调研研讨构架出设计三维如图1示。
三维构图3.1两个立起来的丝杠是我们所使用笛卡尔坐标系中的Z轴，另外一个丝杠就是Y轴，从这两个轴建成一个平面，把喷头运动方向建为X轴并垂直于Z轴，这样笛卡尔坐标就构建完成，外支撑框架设计构图完成。
3.2 喷头平台设计
由熔融沉积打印机的原理可知，它是由熔丝慢慢的挤出，然后一层一层的堆积成型，熔融沉积打印机可以通过降低层高和使用直径较小的喷嘴，在一定程度上提高精度。虽然这些方法提高了精确度，打印表面还是有不平行的问题出现。[5]并且在打印过程中，当改进精确度时，打印机是通过降低层高度或使用喷嘴直径越小，零件的打印时间就会延长。综上所述，利用一杆多喷头的方法，从而达到每次挤出都会变小，减少每一层的间隙，得到精度的提高;多喷头工作减少时间消耗，喷头平台设计雏形完成(见图2)。
3.3 传动动力控制设计
与传统动力控制不同，本次3D打印机动力控制主要采用步进电机控制所有的轴和挤出机。从动力学来看，步进电机需要完成轴运动和挤出机喷头两个运动，因此需要选择两个电机，或进行理论与实验选择一个电机。
步进电机是由一个多齿的磁性齿轮驱动的，在定子中有装有相应齿的电磁铁连接到马达的转子。轴运动阶段的拉扯和推挤，选择适合齿轮的牙以不同的力，得到多个齿步就可完成。而挤出机所连接的喷头就需要配合喷头运动进行实验完成匹配。
选择挤出机的步进电机还需要考虑所用喷嘴的直径。通过理论研讨和实验设计，我们找到了比较符合的三种步进电机，这三种电机的型号为JK42HS34.1334A、SM.42BYG011.25、42BYGHM809，根据线材向下运动要考虑到步进电机的步进角，还有扭矩，团队实验后数值如下表所示。
根据上表实验数据，结合选择喷嘴的直径和控制软件，型号为SM.42BYG011.25的步进电机最符合整体设计所需。
3.4 打印控制系统
本次设计教学使用的3D打印机FDM型起初选择了市场较为稳定的Mega 2560控制板，但鉴于多喷头兼容性及后期扩容等实际问题，样机改选为RepRap 奥梅罗德使用的一个开源的控制器板Arduino 的微型控制器与四A4892 步进驱动器，该控制系统传输是以以太网、高速 SD 卡插槽、高电流 PWM，12A 35v 直流电源输入和其他组件兼容，这样A4892 步进驱动器进入1/16 微步，提供了更高精度。
3.5 样机组装
本文项目研究组所呈现的是一台基于教学使用的3D打印FDM型样机设计，打印材料使用PLA;该打印机主要由控制板、打印驱动及电机单元、机械运动单元、打印喷头、反馈检测单元、打印零件分层程序等组成;该打印机可以用来制作模型及机械等各种零部件。
(1)主要设计参数：
工艺选用：FDM
外框尺寸：400*400*360
工作尺寸：200*200*150
打印喷头：单打印头
耗 材：PLA
(2)重要組装及原因分析：样机框架材料采用用的是2020的铝型材，使用2020铝型材是因为此型材的承重和3D打印机外框的安装是最合理的型材;打印平面采用的是200*200*150的打印空间，外框材料尺寸选择了400mm长的铝型材两个，360mm长的铝型材两个，组装为400*400的3D打印机的平面支架;在360mm的两铝型材上安装T型立式铝合金支架用来支撑Y轴，Y轴的运动路线和距离就确定了;在400*400的平面支架上的400mm的铝型材上还要安装两个Z轴的电机支架，样机组装后如图3所示。
4 制作中遇到的困难
制作教学使用的3D打印机FMD型，原期望解决的传动方式由齿动替代皮带轮动，鉴于实验中的齿动不稳定性，改为了一机带多动的处理方式，但仍采用了皮带轮动的传动方式。
为追求打印精度，所制作的3D打印机把喷嘴的直径变小，对打印件的精度是变高了，但是对于这种熔融沉积的打印机的打印速度反而拖慢了。
为提升打印速度，期望用多喷头叠加来减少耗时，而在编程过程中，目前通用软件无法完成一控多的现状，对于这个问题还是有待研究。
5 结语
制作过程中，本文项目研究组主要研究了基于FDM型的3D打印技术。目前市场和科研单一的划分三种平台设计类型，在本样机设计中有了较好的相互借鉴：一方面，通过FDM型的3D打印技术理论分析，从喷头设计、成型精度提升设计等方面进行融合;另一方面，运用步进电机的理论与实验数据相结合，对传动系统进行了部分改良，最后通过整体设计需要，完成框架、材质、控制器等系列建模的装配工作。
作为认知和熟悉3D打印技术的一种方法，本文项目研究组通过理论学习、整体构架、解决实际问题等方式，掌握了FDM型3D打印机从无到有的整个过程。它有利于师生培养3D打印技术的学习研究兴趣，有利于团队着手准备下阶段研究内容，更有利于举一反三开拓3D技术其它类型的可能性。而作为第一手资料，通过总结与教学分享，更有利于3D技术在大学课堂和实验室的推广。
参考文献：
[1]张萍，闫宇，等.3D打印机在高校土木工程教学中的应用探讨[J].山西建筑，2016(15)：229.230.
[2]郭遵站.小型3D打印技术研究[D].长春理工大学，2014.
[3]郭振华，王清君，郭应焕.3D打印技术与社会制造[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版)，2013(04)：64.70.
[4]王龙.基于熔融沉积技术的金属3D打印机研制[D].南京邮电大学，2016.
[5]谢卓.熔融沉积成型精度分析及工业参数研究[D].合肥工业大学，2016.
项目：本文为江苏省高校大学生创新训练项目：3D打印FDM型样机研制(项目编号201713101006Y)阶段性成果之一
作者简介：王克，男，在读学生;刘远，男，在读学生;常太明(1982.)，男，河南延津人，大学学历，讲师，主要研究方向：创新创业教育。
作者：王克 刘远 常太明
一、确保打印平台的水平位置
打印前，一定要确保打印机的平台处于水平位置。喷嘴与打印平台的距离保持在0.1mm(一张纸的厚度)，具体操作如下：将一张纸入置平台与喷嘴之间，前后左右移动喷嘴到打印平台的四个角和中心，如果喷头能自由移动而不碰到纸张，那么你的打印平台基本上就调平了。
二、清洁打印平台
用擦拭酒精(70%酒精或者70%异丙醇)，因为你手上的油脂可能弄脏打印平台使得打印的物品不能很好粘到打印平台上。
三、粘贴高温胶带
可在打印平台上贴一层高温胶带，可以有效减少打印时的翘边、变形，增强耗材与加热板的附着力。
四、喷雾剂的使用
如果用了上述方法，你发现在打印过程中，材料依然不能粘到胶带上的话，则可以试试在胶带表面上用喷雾剂(发胶之类的)——很多人都发现这招很管用。
五、了解你选择的打印材料的属性
FDM3D打印机常用的两种材料是ABS和PLA。每种都有它自己的特性(比如熔化温度)即使是同一种材料，不同的厂家生产出来的材料都是有差异的。确保你设置的打印机各项数据能支持你所使用的打印材料。
六、出丝均匀度
打印前，可先挤丝，看看出丝是否顺畅。
七、打印小尺寸物体
当你要打印的物体比较小时，可把打印速度调慢，开启散热风扇，促使挤出来的丝更好的堆积成型，打印出更漂亮的产品。
3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。3D打印机可以用各种原料打印三维模型，使用3D辅助设计软件，工程师设计出一个模型或原型之后，无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜，之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印，打印的原料可以是有机或者无机的的材料，例如橡胶、塑料，不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。该技术珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程以及其他领域都有所应用。
随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，全球3D打印机的销售额将从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元。消费品和电子领域是3D印刷企业最大的市场，其市场份额约为20.3%;紧随其后的是机动车(19.5%)、医疗和牙科(15.1%)领域。目前比较知名的3D打印机制造商有瑞连、3D系统、伊登普雷里、斯特塔西、帕罗奥多、惠普和奥托美克等。
目前国内3D打印在材料、设备和应用上仍有难题，成本较高，多用于实验，规模化应用尚需时日，目前我国3D打印主要应用于产品设计、快速模具制造、铸造、医学等制造领域，其中消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。
随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升。3D打印技术经过几十年的探索与发展，目前能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。随着先进材料的不断发展，将开发出更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及其他方法难以制作的复合材料等，金属材料、直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的新兴领域。
当前，3D打印机价格很高，大多在百万美元以上，这给其进入家庭带来了困难，但一些较小规模的3D打印机制造商已经开始推出一万美元以下的3D打印机。随着技术进步及推广应用直至实现规模化生产，3D打印机的价格有望大幅下降。3D打印机诞生后，早期主要用于航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计，3D打印机在生产应用方面有着巨大潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天及医疗方面(牙科)都能得到广泛的应用。3D打印长期发展前景广阔，未来国内3D打印市场规模将达到上万亿元，但短期内由于技术、材料和成本原因难以商业化。
本研究分析报告由智鼎国研(北京)信息咨询有限公司领衔撰写，在大量周密的市场调研基础上，主要依据了国家统计局、国家商务部、国家发改委、国务院发展研究中心、中国海关总署、3D打印机行业相关协会、国内外相关刊物的基础信息以及3D打印机专业研究单位等公布和提供的大量资料，结合深入的市场调查资料，进而分析国内3D打印机行业发展走势与市场。报告针对我国3D打印机行业的市场规模与前景、从业企业以及国家相关产业政策进行了全面分析。并重点分析了我国3D打印机行业技术、应用领域的发展与现状，并对3D打印机行业投资机会与投机风险作出了分析研判，为3D打印机相关生产企业、经营企业、科研机构等企业在激烈的市场竞争中洞察先机，根据市场需求及时调整经营策略，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供了准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考意义。
【报告目录】
第一章3D打印机相关阐述16 第一节传统打印机简介16
一、打印机性能参数16
二、打印机的分类17
三、打印模式20
四、打印机语言21
五、打印机技术21
六、打印机打印技术常用工作参数30 第二节3D打印机32
一、3D打印机背景分析32
二、3D打印机特点34
三、3D打印机技术性能指标34 第三节3D打印机的用途及应用领域35
一、在工业制造领域的应用分析35
二、在文化创意、数码娱乐领域的应用分析36
三、在航空航天、国防军工领域的应用分析36
四、在生物医疗领域的应用分析36
五、在消费品领域的应用分析38
六、在建筑工程领域的应用分析38
七、在教育领域的应用分析38
八、在个性化定制领域的应用分析39 第二章中国3D打印机市场发展关键因素分析39 第一节3D打印机市场规模分析39 第二节3D打印机市场主要竞争对手构成40 第三节3D打印机市场政治、经济、法律、技术环境分析45
一、政治环境45
二、经济环境49
三、法律环境53
四、技术环境55 第四节3D打印机市场发展驱动因素分析59
一、产品优势59
二、政策扶持60
三、产业化的可能性62 第五节全球债务危机对3D打印机行业发展影响分析64
一、对3D打印机行业本身影响分析64
二、对3D打印机上下游产业影响分析65
三、对3D打印机价格影响分析66 第三章2012年世界3D打印厂商研究67 第一节3Dsystems67 (1)企业发展简况分析67 (2)企业研发实力分析67 (3)企业3D打印机产品分析67 (4)企业3D打印机产品应用分析68 (5)企业经营业绩分析68 (6)企业投资兼并分析69 (7)企业经营优劣势分析69 第二节ObjectGeometries72 第三节SOlido72 第四节ZCorporation75 第五节Stratasys79 (1)企业发展简况分析79 (2)企业研发实力分析79 (3)企业3D打印机产品分析79 (4)企业经营业绩分析81 (5)企业投资兼并分析81 (6)企业经营优劣势分析82 第六节Makerbot经营分析83 (1)企业发展简况分析83 (2)企业3D打印机产品分析83 (3)企业经营业绩分析85 (4)企业投资兼并分析85 (5)企业经营优劣势分析86 第七节Shapeways经营分析87 (1)企业发展简况分析87 (2)企业3D打印服务分析87 (3)企业经营业绩分析88 (4)企业商业模式分析88 (5)企业多轮融资分析88 (6)企业经营优劣势分析89 第四章2012年中国打印机产业整体发展态势分析90 第一节中国打印机行业发展分析90
一、中国打印机产量居世界第一90
二、中国打印机行业的市场结构解析90
三、中国专用打印机行业发展格局97
四、打印机行业进入节能环保新时代98
五、2012年打印机行业发展情况良好101 第二节2008-2012年中国打印机产量数据统计分析104
一、2008-2011年中国打印机产量数据分析104
二、2012年中国打印机产量数据分析108
三、2012年中国打印机产量增长性分析110 第五章3D打印机生产工艺及技术路径分析111 第一节3D打印机各种生产方法比较111 第二节国内外3D打印机生产工艺及技术趋势112
一、国外主流生产工艺介绍112
二、国内主流生产工艺介绍116
三、3D打印加工过程分析117
四、当前3D打印技术分析121
五、3D打印技术的突破方向分析124 第三节国内外3D打印机最新技术研发及应用情况126 第四节3D打印原材料分析129
一、目前可使用的3D打印材料分析129
二、3D打印市场扩大对材料需求的影响分析130 第六章中国3D打印机市场发展现状分析131 第一节中国3D打印机市场构成要素分析131
一、3D打印机产品购买主体构成分析131
二、3D打印机产品市场购买力分析133
三、3D打印机产品市场购买欲望分析134 第二节中国3D打印机市场主要品牌分析136
一、国外主要企业品牌分析136
二、国内主要品牌分析140 第三节2012年中国3D打印机市场运行数据分析141
一、2012年中国3D打印机市场产品销售情况分析141
1、销售总量分析141
2、主要销售区域分析142
3、市场需求特点分析143
二、2012年中国3D打印机市场产品供给情况分析145
1、国内市场供给量分析145
2、供给来源构成146
3、供需格局分析148 第七章中国3D打印机市场消费能力及未来需求规模分析148 第一节2012年中国3D打印机市场消费能力现状分析148
一、中国3D打印机产品购买要素构成分析148
二、3D打印机产品替代产品威胁分析150
三、主要消费区域消费能力对比分析150 第二节影响中国3D打印机市场消费能力主要因素分析152
一、购买者的购买目的及主要用途152
二、购买者所处的消费环境154 第三节中国3D打印机消费市场独有特征分析156 第四节中国3D打印机市场发展影响因素分析158 第五节3D打印机对我国制造业的影响160
一、3D打印机的内涵及其意义160
二、3D打印机与中国制造业161
三、对我国制造业的影响162
四、对策建议163 第八章2012年中国3D打印机市场需求特点及需求潜力分析163 第一节中国3D打印机市场主要消费统计数据定量分析163
一、总体销量数据分析163
二、分区域市场数据分析164
三、消费领域分布数据分析165 第二节3D打印机主要下游消费领域构成分析165 第九章3D打印机产品价格策略研究167 第一节估计成本167 第二节选择定价方法170 第三节竞争性调价176 第四节具体价格策略研究178 第十章国内3D打印机在建及拟建项目统计分析179 第一节入门级开源3D打印机项目技术179 第二节研发一种便携式3D打印机项目192 第三节智慧烟台投资千亿引进3D打印机等高端项目193 第四节2012-2013年我国3D打印发展项目态势195 第五节中国市场上3D打印巨头合并及其项目新态势201 第十一章3D打印机企业销售状况调查224 第一节北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司224
一、企业发展简况分析224
二、企业研发实力分析225
三、企业3D打印产品及服务分析225
四、企业成功应用案例分析225
五、企业经营优劣势分析226
六、企业3D打印机销售情况227 第二节陕西恒通智能机器有限公司227
一、企业发展简况分析227
二、企业研发实力分析227
三、企业3D打印产品及服务分析228
四、企业成功应用案例分析228
五、企业经营优劣势分析228
六、企业最新发展动向分析229
七、企业3D打印机销售情况229 第三节武汉滨湖机电技术产业有限公司230
一、企业发展简况分析230
二、企业研发实力分析231
三、企业3D打印产品及服务分析231
四、企业经营优劣势分析232
五、企业3D打印机销售情况232 第四节南京紫金立德电子有限公司233
一、企业发展简况分析233
二、企业研发实力分析233
三、企业3D打印产品及服务分析233
四、企业成功应用案例分析233
五、企业经营优劣势分析235
六、企业最新发展动向分析235
七、企业3D打印机销售情况239 第十二章3D打印机市场推广策略研究240
一、3D打印机行业产品市场定位240
二、3D打印机行业广告推广策略244
三、3D打印机行业产品促销策略249
四、3D打印机行业招商加盟策略249
五、3D打印机行业网络推广策略254 第十三章3D打印机营销渠道建立策略256 第一节2011-2012年中国3D打印机品牌营销模式研究256
一、市场经济时代的营销模式256
二、国际市场条件下的营销模式256
三、新型营销模式总括257
1、特许经营、加盟连锁257
2、电子商务258
3、会议营销260 第二节3D打印机产品营销渠道260
一、媒体广告260
二、直效营销262
三、销售促进263
四、公关与宣传264
五、人员推销265
六、网络营销266 第三节中国3D打印机营销渠道建立策略267
一、广告策略267
二、渠道策略267
三、价格策略267 第十四章3D打印机市场客户群研究与渠道匹配分析271 第一节专买店实地调查271
一、渠道特点271
二、销售状况271
三、消费人群271
四、销售策略271 第二节购物中心----专柜275
一、渠道特点275
二、销售状况275
三、消费人群276
四、销售策略276 第三节连锁超市----专柜281
一、渠道特点281
二、销售状况282
三、消费人群282
四、销售策略283 第四节网络营销模式—网店287
一、渠道特点287
二、销售状况292
三、消费人群292
四、销售策略292 第十五章2013-2018年中国3D打印机市场前景预测分析294 第一节国内3D打印机技术发展现状与问题294
一、国内3D打印机技术发展现状294
二、国内3D打印机技术发展问题295 第二节我国3D打印机从“神器”到家用制造设备的距离296 第三节3D打印机行业发展趋势预测298
一、3D打印机将全面革新现实298
二、2017年全球3D打印机市场将增至50亿美元304
三、3D打印机行业发展趋势304 第四节中国国3D打印机行业发展前景预测305
二、3D打印孕育无限未来305
三、3D打印机的变革力量308
四、3D打印机发展前景310 【图表目录】
图表：国际上主要3D打印机厂商42 图表：2009-2011年我国GDP增幅走势图49 图表：中国能效标识93 图表：富士施乐智能眼、智能节电和快速启动三位一体95 图表：重视环保打印，行动刻不容缓98 图表：参与调查者对于打印机环保重要性的看法99 图表：参与调查者对于打印机是否环保的分辨情况99 图表：2008-2009年中国打印机产量走势图104 图表：2009年中国打印机产量统计表(分省市)105 图表：2010年1-12月中国打印机产量分省市排行统计表106 图表：2012年1-12月中国打印机分省市产量数据表108 图表：国际上主要3D打印机厂商138 图表：2009-2012年中国3D打印机销售总量141 图表：2012年中国3D打印机销量区域分布142 图表：2009-2012年中国3D打印机供给量145 图表：2012年我国3D打印机供给来源构成146 图表：2009-2012年中国3D打印机销售总量163 图表：2012年中国3D打印机销量区域分布164 图表：2012年我国3D打印机消费领域分布数据165 图表：入门级开源3D打印机项目技术简图179 图表：主板芯片Arduino182 图表：Arduino主板最新版本的电路原理图184 图表：Arduino步进电机控制板184 图表：Arduino步进电机驱动板最新版本的电路原理图185 图表：Arduino3D打印机打印头控制板186 图表：Arduino3D打印机打印头驱动板最新版本的电路原理图186 图表：Arduino3D打印机机械结构187 图表：Arduino3D打印机部件罗列见下图189 图表：3D打印机打印机软件界面截图190 图表：3D数据与打印结果的展示图191 图表：2011-2012年北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司3D打印机销售状况227 图表：2011-2012年陕西恒通智能机器有限公司3D打印机销售状况229 图表：2011-2012年武汉滨湖机电技术产业有限公司3D打印机销售状况232 图表：2011-2012年南京紫金立德电子有限公司3D打印机销售状况239 图表：网络营销推拉战略266 图表：2008-2011年全球消费电子各细分产品产量规模309
【打印虎】3D打印控制软件Repetier-Host使用基础图解教程第二版
玩3D打印机，特别是RepRap这一类3D打印机的朋友，一般都听说过Repetier-Host这个软件。这个软件功能丰富，界面友好，是玩3D打印机入门的好选择。今天我就给大家介绍一下这款软件。
Repetier-Host软件目前版本是1.0.6(打印虎本地下载，百度云下载)。我们在【打印虎】RepRap Prusa i3 3D打印机软件安装图解教程 第二版中，介绍了如何安装、设置这个软件，还有如何连接3D打印机。所以这里我就不再重复介绍了。需要说明的是，以下所有截图来自于Repetier-Host的上一个小版本1.0.5，由于这个软件升级比较频繁，这两个小版本之间界面上也没有什么差别，因此就不再重新截图了，请大家谅解。
假如你已经安装好软件，并且设置好了与3D打印机的连接，我们就可以开始了。Repetier-Host软件主界面是这个样子的：
虽然界面看起来比较简单，但实际上Repetier-Host具有很丰富的功能，是一个相当复杂的软件。下面我逐步介绍给大家。 第一节，模型的载入和查看
既然是玩3D打印机，那一定要有3D模型啊。Repetier-Host软件可以载入已有的3D模型。虽然没有3D建模软件3ds Max之类的强大功能，但它也可以对3D模型做一定的调整。想了解Repetier-Host有哪些功能，可以跟着我一步一步做： 第一步，载入一个模型
按下窗口左上角的“载入”按钮，就可以打开文件选择对话框，载入一个模型文件了。
Repetier-Host支持很多种格式的3D模型文件格式。其中最常见的还是.stl格式。.stl格式是一种非常简单的3D模型文件格式，而且是基于文本的格式。对于特别简单的.stl文件，甚至可以直接用文本编辑工具打开查看、编辑。.stl格式具体是怎样的，以后打印虎会再独立介绍。现在，我们只要知道Repetier-Host是支持.stl格式的模型就可以了。
这里的例子是我从打印虎3D模型库下载的“坐着的猫”3D模型。下载这个文件之后，就可以用Repetier-Host打开了：
最容易发现的是，左侧的3D窗口里面，猫模型已经被载入了。另外，右侧的模型列表中，也出现了相应的一项(红圈圈里面)。这时候如果按下键盘上的F4键，可以将视图状态调整为“适合打印体积”视图，如下图。反之，需要近距离观察模型的话，就再按下F5键，变回“适合对象”视图。
在“适合打印体积”视图下，有一点需要特别注意到。那就是左侧的3D窗口，与一般的3D建模软件有些不同，它的辅助平面上面有一个框框。这个加上框框的辅助平面，形成了一个立方体，代表的就是你的3D打印机所能打印的最大范围。如果3D打印机的设置是正确的(还是要看之前那篇文章哦)，那么就代表只要3D模型在这个框里面，就不用担心3D模型超出可打印范围，打印的过程中出问题了。 第二步，使用各种角度各种方法观察模型
缺省状态下，工具栏里面的“旋转”是激活的状态，这代表我们可以用鼠标旋转这个模型，在不同的角度查看它。尝试在3D窗口里面按下鼠标左键，不松手的情况下拖动鼠标，就可以看到整个3D盒子跟着鼠标的方向转动了。
如果鼠标有滚轮的话，还可以同时缩放这个模型。可以发现，不论是旋转，还是缩放，都是以3D盒子的中心点为中心进行的。盒子的中心点处，有一个小小的星作为标示。 如果我们不想以盒子的中心为中心进行缩放操作，而是想以模型为中心，放大观察模型的话，就需要用到工具栏的第二个按钮，平移功能了。
选定平移功能，把鼠标放在3D盒子上，按下鼠标，不要松手，往上移动鼠标，完成一个鼠标拖放的动作。把表示中心的星大致对准猫的身体。再使用鼠标滚轮，这时可以发现缩放操作变为以猫模型为中心的操作了。
再把工具栏调整回“旋转”，用拖放的方式改变模型角度。可以发现，这时的旋转中心，已经变为平移后的中心了。这时候，再通过旋转、缩放的方式观察模型，就方便多了。
其实，也许你已经发现，与其这么麻烦从“适合打印体积”视图开始调整到合适的位置，不如直接按下F5键，从“适合对象”视图开始调整。因为在“适合对象”视图下面，旋转中心直接被设定在了对象的中心处。不用平移了，只要旋转就可以达到合适的角度，这个动作一下子就容易多了。
下面的第三个按钮等会再说。先说第四个按钮。
第四个按钮就是用鼠标左键完成缩放功能。其实和刚才我们已经用了的滚轮功能完全一样，只是方便那些没有鼠标滚轮的人。(
真的还有这样的鼠标吗?)
再下面三个按钮，实际上就是方便用户，快速将视点重置到一个特定的位置上。实际上，视图菜单里面不仅有这三个按钮，而且还有更多的选择。大家可以逐一试试。前面我们已经反复试验过的F4/F5快捷键，在这里也有对应的菜单选项。
再回到3D窗口的工具栏，最下面一个是平行视图按钮。按下这个按钮之后，3D窗口将从缺省的透视投影状态变为平行投影状态。以这种方式观察模型，就不是近大远小了，感觉不是那么真实，但也有一些好处，比如更容易测量、比较两条线的长短。学过机械、建筑的同学自然就懂了。
所有这些按钮，除了那个没介绍的第三个按钮，都是只看不改的。也就是说，改变的只是视点的位置，不会对模型产生任何实际影响。记住这一点，就可以乱来了。额，不是，是不怕乱来了。不管现在的视点状态如何奇怪，按下视点重置的三个按钮之一，或者直接按下键盘F4/F5键，都可以将视点复位。
第二节，模型调整
上面一节，讨论的都是如何有效地观察3D模型。其实，如果你对3ds Max建模工具熟悉的话，这些都是很简单的基础了，和3D打印关系不大。
这一节，我们要深入讨论一下与3D打印直接相关的模型调整方面的功能。首先我们先试试工具栏上的第三个按钮“移动物体”。
按下这个按钮，再拖动3D窗口里面的猫模型，就可以看到猫在X-Y平面上移动了。与很多3D软件不同，这个移动物体功能，不论观察的位置、角度如何变化，都不会在Z轴上改变物体的位置，只是在X-Y轴上移动。很明显，这与3D打印过程中的实际(物理)限制是密切相关的。不管最终是什么样的模型，打印时也必须建立在Z为0的打印平面上。 在较旧的Repetier-Host版本(1.0版以前)中，用户仍然可以沿Z轴手动调整3D物体位置。但也许是由于这个功能用处太少了，在最新版本中已经找不到了。如果你真的需要这样的功能，也许说明你的3D模型文件还没有完全准备好，最好回到3D建模工具里面再调整一下。
其实，X轴和Y轴方向的平移，也并不是特别常用的功能。当载入多个模型的时候，Repetier-Host会自动帮我们搞定平移的事情。当我按下物体放置面板上面的“增加物体”按钮
再载入一次猫模型的时候，就可以看到原来的猫被平移了一点，新的猫被放置到了合适的位置上。
当然，“增加物体”功能，主要还是为了再载入一个不同的模型用的。如果要的就是相同的模型，只要按下“复制物体”按钮就行了。
大多数情况下，自己平移3D模型的意义不大。还不如载入所有的模型之后按下“自动布局”按钮，让Repetier-Host自行安排每个3D模型的位置。
下面几个功能，只能针对一个3D模型进行操作。当我们已经载入了2个模型之后，应该怎么办呢?很简单，在下图所示的3D模型列表中，鼠标单击蓝色的区域，就可以实现只选定一个3D模型了。
试一下之后，你就会发现，虽然选定一个3D模型很简单，但如果想恢复为初始的两个3D模型都选定的状态就没那么容易了。其实这也好办，你只要按住Ctrl键，再用鼠标单击那个没选定的3D模型，一下子就搞定了。两个3D模型的情况学会了，更多3D模型的操纵也难不倒你了。
好，搞明白如何选定一个3D模型，我们就回到3D模型调整功能的学习上来。选定“对象组1”之后，按下“物体对中”按钮。
这时候，左侧3D视窗里面看到的两个猫模型是这样的：
由于我们把“对象组1”的猫模型居中摆放，它不可避免的和“对象组2”的猫模型相交了。这种相交，会导致两个模型都无法正常打印，因此是一定要避免的情况。出现这种情况时，Repetier-Host为了提醒用户，特别把模型用很亮的浅蓝色绘制出来。除了相交的情况，如果你的3D模型出界了，也就是进入了可打印范围之外的区域，同样也会变为这样的颜色。 想解决这个问题，也很简单。只要如上面说的方法，在按下Ctrl键的同时，鼠标单击“对象组2”，把两个对象组同时选定，然后再按下前面已经介绍过的“自动布局”按钮，一切就都恢复原状了。
再下面，是“缩放物体”功能。
按下这个按钮后，会在物体放置面板上增加一块控制面板，供用户输入缩放数据。
有的时候载入的模型尺寸不对，太大或者太小，这时候就需要使用缩放功能了。缺省情况下，X, Y, Z三个轴是锁定的，也就是在X里面键入的数值，比如1.2倍，会同时在三个轴方向上起作用。
如果用鼠标点一下锁图标，把锁打开，就可以分别调整三个轴的缩放比例了。 右边的两个按钮，“缩放到最大”和“复位”，含义都非常明确，就不再具体讲解了。 “旋转物体”功能与上一个“缩放物体”功能很类似，也是展开一块控制面板，供用户输入旋转数据。
按下旋转物体图标，打开旋转物体控制面板。
旋转物体的时候，可以参考3D视窗左下角的坐标轴方向，如下图。对话区域中的XYZ数值，意义是沿着XYZ轴旋转的角度值。通过设置这些数值，可以实现你需要的旋转角度。
右侧的“放平”功能，是一个比较高级的功能。这个功能是Repetier-Host帮助用户计算当前状态的物体旋转能尽可能的贴近打印平面。计算后的旋转角度，会自动填入到XYZ输入框中。“重置旋转”就很简单了，只是把0重置到XYZ输入框，让3D物体恢复到没有旋转之前的状态。
先跳到最后的按钮，“镜像”功能上。这个功能就很简单了，只是把3D物体做镜像处理。本来向左偏的猫头，会改为向右偏。这个功能就没有可用的参数了。
再回过头来看神奇的“切割物体”功能。
这个功能，可以指定一个切割平面，3D物体会被这个切割平面分为两部分，一部分展示出来，另一部分消失掉。但千万别以为3D物体被修改成了这个样子。仔细查阅了英文文档之后，虎哥我确定了一个悲惨的现实，就是这个功能只能看不能用。也就是说，用户只能通过这个功能增强对3D物体的查看，而不能对3D物体进行修改。这……真是一个神奇的功能啊。
最后还有一个基础功能，就是3D模型对象的删除。这个功能也很简单，只要按下上图红圈内的小垃圾桶，即可删除对应的3D模型了。
上面逐一介绍了Repetier-Host为用户提供的模型调整功能，其中最有用的就是平移和缩放功能了。很明显的是，虽然这些功能都为了方便用户使用而设计，但也相对比较简单，不能处理复杂的情况。如果有对3D模型比较复杂的修改要求，建议还是使用3D建模工具完成。 实际上，上面的讲解中，我还省略了很多Repetier-Host提供的高级功能的介绍。这些功能主要包含了对多挤出头3D打印机的支持，以及一些计算得到的模型信息。对这些高级功能真正感兴趣的用户比较少，就留给大家自己发掘吧。
第三节，切片与代码生成，使用Slic3r 把3D模型载入，放置到合适的位置上之后，下面就该执行“技术含量”最高的一项工作了，那就是模型切片。这步操作，实际上就是把用三角面片描述的3D模型，通过特定的算法，翻译为3D打印机能执行的指令组。这个3D打印机指令翻译算法非常关键，它决定着3D打印出来的东西形状是不是够精细，速度是不是够快，塑料材料是不是够省等等一系列关键指标。
了解了这些内容，就知道这一步是很重要的了。废话少说，先切换到切片软件面板观察一下。
可以看出这里的配置还是很复杂的，这里我们先看红圈圈住的几个关键点。我们在上面已经提到，切片生成算法是个很高科技的东西。这么高科技的东西，自然就会有人对它进行专门研究。就像有人专门制造汽车，有人专门制造引擎，同一个汽车，还可能配不同厂家制造的引擎。这里也是类似的情况。“切片软件”那里，就是对切片引擎的选择。Repetier-Host安装的时候，带了两个不同的切片软件。这一节我们先介绍缺省的Slic3r，下一节我们会介绍另一个切片引擎CuraEngine。
截图最下面的红圈圈，是一个Repetier-Host给出的提示信息，说明Slic3r是一个独立的软件，可以在它的网站http://访问到更详细的信息等等。
好，选定了Slic3r，就可以按下按钮了。按下这个按钮之后可能不会立即有反应，可能要稍微等个10秒钟左右，Slic3r的主窗口才会弹出来。如果你是第一次进入Slic3r，同时弹出的还有Slic3r的配置向导窗口。因为配置向导中包含了所有最重要的配置信息，因此我们就从这里开始看。
首先是第一页，欢迎页，没什么特别的，直接点Next。
第二页，选择固件的G-code风格。就像大家说话南腔北调一个道理，虽然3D打印机各种固件都使用G-code与上位机交换信息，但仍然存在很多种不同风格的G-code。如果上位机和固件使用的G-code风格不同，就可能造成无法正确理解对方的意思。因此这个选择是很重要的。因为我们使用的都是RepRap类型的3D打印机，当然选择第一项了。点Next继续。
第三页是热床尺寸。这个很简单，大家按照实际尺寸填写就可以了。点Next继续。
第四页是加热挤出头的喷头直径。这个值通常在0.2到0.5之间。大家根据自己的实际情况填写。我使用的3D打印机加热挤出头是0.4mm直径，因此把这里改为0.4，点Next继续。
第五页是塑料丝的直径尺寸。塑料丝目前有两种标准，3mm和1.75mm，我的3D打印机使用的是1.75mm塑料丝，把输入框中的数字改为1.75，点Next继续。
第六页是挤出头加热温度。上面的提示写，PLA大约要设置在160℃到230℃，ASB大约要设置在215℃到250℃。粗略一想，这范围也太宽了点吧，特别是PLA材料，竟然有上下70℃的范围。但这实际上是符合虎哥我的经验的，不同耗材厂商供应的材料差异很大，同时大部分3D打印机的温度感应器都没有仔细校准过，因此这里只能是根据大家自己的试验，找出最合适的温度值了。需要注意的是，如果打印PLA耗材时温度过高，会产生焦化的现象并且堵住喷头，这就比较麻烦了。因此我建议还是从比较低的温度开始进行试验，对于PLA材料，初始设置在185℃可能是一个比较合适的值。如果发现无法顺利出丝，再适当调高温度。根据自己的情况设置好加热温度之后，点Next进入下一步。
第七页是设定热床温度。这个就简单很多了，我使用PLA材料，就填入数字60，点Next继续。如果你用ABS材料，填入110就好。
最后一页没有需要设定的参数了。按Finish结束整个设置。
到此为止我们已经完成了切片软件所有最基础参数的设置。进入主窗口之后，我们先简单浏览一下。Slic3r的主界面有三个标签页。Print Settings用来设置打印相关的参数;Filament Settings用来设置与耗材相关的参数;最后Printer Settings是关于打印机的硬件参数。
先看最后一个标签页Printer Settings，很容易发现，我们刚刚在向导里面设置的G-code风格以及打印机热床尺寸参数，都在这里了。 点左栏窗口的Extruder 1，看看挤出头的参数设定：
在挤出头的设定中，可以看到刚刚在向导中设置的0.4mm参数。 下面切换到第二个标签页，看一下耗材相关的参数：
这里又可以看到最初在向导中设定的耗材塑料丝直径1.75mm，以及185℃/60℃的挤出头/热床温度设定。
到此为止，所有设置向导中出现过的参数，我们都在主窗口中找到了对应的地方。除了这些最基础的参数之外，还有哪些参数比较重要呢?下面我们再看一下第一个标签页。
我们回到第一个标签页，Print Settings，与另外两个标签页类似，左侧是一组打印相关的参数类型，目前在Layers and perimeters上。右侧主窗口第一栏就是一个重要的参数，层高(Layer height)。为了达到最好的效果，层高最大不应该超过挤出头喷嘴直径的80%。比如我使用的0.4mm的喷嘴，这里最大可以设定为0.32mm。由于我们使用了Slic3r向导设置了喷嘴的直径是0.4mm，层高这里就被自动计算成了现在的值0.3mm。很明显这是符合我的需要的，我就不需要再修改了。
如果你使用一个非常小的层高值(小于0.1mm)，那么第一层的层高就应该单独设置。这是因为一个比较大的层高值，使得第一层更容易粘在加热板上，有助于提高整体3D打印的质量。在这里我的层高值并不是一个特别小的值，因此首层层高没有使用更大的层高值，实际设定与层高相同，0.3mm。
Slic3r切片软件可以自动计算挤出头喷嘴直径和层高之间的关系，调整实际挤出的塑料量。因此层高是没有下限的，根据RepRap wiki上的说法，即使设置到0.005mm也是没有问题的。
设置完成之后，左上的下拉列表中，就会显示出如图的“My Settings (modified)”字样。My Setting是当前配置的名字，(modified)代表这个配置刚刚被修改了，需要点击右侧挨着的保存按钮，就可以把修改后的配置保存下来了，同时(modified)也就消失了。
在最重要的地方设置好了之后，我觉得还有必要了解一下一组比较常用的配置项，填充Infill。在左侧选择Infill条目，窗口右侧会出现如下图所示的选项。其中填充密度、填充图样都可以根据具体的需求进行调整。我建议大家可以多试验几种方案，看看打印出的3D模型有什么不同。这里可以提示大家一下，由于PLA本身有一定的透明度，因此填充率对打印出的塑料件的质感有很大的作用。如果不嫌浪费材料，可以尝试用100%填充率打印一些模型，会有惊喜哦。
至此，所有关于Slic3r的基础设定都完成了。关闭Slic3r的配置窗口，回到Repetier-Host主窗口，现在我们可以点击那个巨大的“开始切片Slic3r”按钮了。
按下之后可以看到界面变为以进度条为主的状态了，等待进度条跑完。
代码生成过程完成之后，窗口会自动切换到预览标签页。
可以看到，左侧是完成切片后的模型3D效果，右侧是一些统计信息。在我们这个例子中，需要52分48秒之久才能完成这个模型的3D打印。
这里还有一项非常有用的高级功能，就是逐层预览3D打印的方式。当我选择“显示指定的层”并设定结束层为40的时候，我们就可以观察到第40层及以下的模型。这里我们可以清晰的看到3D模型内部为了填充所使用的蜂窝状网格。
我们还可以选择Gcode编辑子标签，直接观察、编辑G-code代码。
这个标签页的内容，就是我们的3D模型经过切片之后得到的G-code了。这些G-code在打印过程中被传送到3D打印机，逐条执行之后，一个完整的3D模型就生成了。 关于G-code，未来打印虎会单独写一篇教程说明，请关注打印虎的更新内容。在第五节中，我们会说明如何把G-code送到3D打印机，完成整个3D打印任务。
第四节，切片与代码生成，使用CuraEngine CuraEngine的加入实际上是Repetier-Host 1.0版最重要、最吸引人的改进。CuraEngine原本是在Cura 3D打印机控制软件中自带的切片功能，而Cura软件最吸引人的特色，就是它的高速切片功能。很多3D打印机爱好者，就因为Cura切片功能特别好用，会不惜繁琐，先使用Cura进行切片，然后再把G-code导入Repetier-Host进行打印。从这一点，就可以看出Cura的切片功能是多么的受欢迎了。
他山之石，可以攻玉，既然Cura和Repetier-Host都是开源软件，那么好的功能自然也要与大家分享了。从Repetier-Host 1.0版本开始，开发者充分满足了玩家的心愿，把好东西集成到了一起，让3D打印机玩家不用再麻烦地在Cura和Repetier-Host之间切换，而是一站式服务，在同一个界面下完成所有的操作。
为了使用这么神奇的CuraEngine进行切片，我们首先回到切片软件面板。在切片软件选项下，选择CuraEngine作为我们下面要使用的切片软件。同样，按下按钮，这时候CuraEngine的设定页面将会在窗口的左侧出现，而不是类似Slic3r那样弹出一个新的窗口。
下面的两个选项应该是打印机的热床尺寸和加热挤出头的喷头直径。这两个选项CuraEngine并没有再独立列出来，而是直接采用了Repetier-Host的全局设置。这个设置在哪里呢?很简单，按下Repetier-Host主窗口右上角的打印机设置按钮。
打印机设置对话框将弹出来，切换到“打印机形状”这个标签页，就可以看到与Slic3r热床尺寸对应的打印区域了：
实际上，这是我们在文章最开头就假定大家已经设置好的部分。如果你发现这里使用的参数与你的打印机不符，现在赶紧修改也还来得及。
这里另一个标签页“Extruder”就是专门用来设定挤出头的，其中就包含了挤出头喷头直径参数。
确认了打印机形状(也就是热床尺寸)和挤出头喷头直径参数之后，点“确定”关闭打印机设置对话框，回到CuraEngine的设定标签页上。
点击“材料”标签页，这里我们可以设定材料直径、打印温度和热床温度几项。按照你的实景情况设定就好了。与上面介绍Slic3r时的情况一样，关于温度总是比较麻烦的一件事儿，需要大家用自己的真实材料试验几次才行。
到这里为止所有基础信息都已经设置完毕。下面一项比较关键的设置项是3D打印层高。在“打印”选项卡的“速度和质量”子选项卡里面可以设定：
设定时，首先点击左侧蓝色的条目，否则右侧编辑框是灰色的，处在不能编辑的状态下。编辑框由灰色变为白色，就可以改写名称(只是助记，取任何名字都可以)，层高以及第一层层高了。
全部配置完成后，点击“保存”按钮，就会保存刚才的修改。再点击右上角的“关闭”按钮，关闭CuraEngine设定选项卡。
细心的朋友可能发现了，对应于上面Slic3r的介绍，这里并没有讲解如何设置填充率。实际上，因为填充率的修改是一个很常见的操作，所以CuraEngine的设定中把这个选项提到了外侧。回到窗口右侧的“切片软件”选项卡：
可以看到填充密度选项直接列在了这里。这下大家可以更加方便地修改了。 全部设定完成后，就可以按下开始切片CuraEngine按钮了。
按下按钮之后最大的变化，就是比Slic3r切片软件速度快了很多。经过我的对比，对于猫模型来说，在我的电脑上Slic3r要花7秒钟完成切片，而CuraEngine只需要2秒钟就完成了。对于更复杂的模型来说，效果会更加明显，有时候CuraEngine会比Slic3r快10倍以上呢。 切片完成之后，就回到Repetier-Host的领域了。同样的预览功能，与上面介绍的完全一样，我们这里就不再重复了。
第五节，运行任务
我们在另一篇教程【打印虎】RepRap Prusa i3 3D打印机软件安装图解教程 第二版中，专门介绍了如何连接电脑和3D打印机。3D打印机光连接好还不够，正式打印任务之前应该先进行基本的校准，这个可以参考【打印虎】RepRap Prusa i3 3D打印机热床找平图解教程。当你确定你已经准备好了之后，就可以开始在Repetier-Host中运行任务了。 运行任务本身很简单，首先确定Repetier-Host已经和Prusa i3 3D打印机连接好了。按下左下角红色的连接按钮，如果按钮的颜色变为绿色，说明电脑和3D打印机的连接已经成功。
然后按下“运行任务”按钮，任务就开始运行了。
按钮按下之后，除了状态栏上有些基础信息之外，似乎程序没什么动静。是出什么问题了吗?其实没有问题，打印最开始的阶段，实际上是在加热热床和挤出头。因此也就没什么声音，挤出头可能也不会移动。目前加热的状态，可以从状态栏上看到：
可以看到，除了加热的状态，状态栏上还有打印时长信息，以及当前打印的层的信息。所有跟3D打印相关的最基础的状态信息，都可以在这里看到了。
如果嫌状态栏显示的信息还不够，可以切换到“3D窗口”标签页旁边的“温度曲线”标签页。这个窗口中，包含了非常详细的与温度控制相关的信息。
这张图是我的打印开始不久的一张截图。下面我们来研究一下这张图里面的信息。 首先，我们看一下图例，了解一下这张图能告诉我们哪些信息。
第一条，红色的曲线，表示挤出头的温度。图中这条曲线快速上升，说明目前正在对挤出头进行加热，刚刚达到目标的185℃。
第二条，青色的曲线，表示热床的温度。这条曲线在前面从22℃左右上升到60℃，并且维持在60℃一小段时间了。
第三条，浅绿色的曲线，表示目标温度。目标温度的实际线有两条，都是绿色，但还有点深浅不同，一条从0直接指向185℃，另一条从0指向60℃。这两条线都不是渐变的，而是直接指向目标温度。 后面几项下一张图继续解说。
这一张图，是3D打印过程已经进行了10分钟左右的状态。可以看出，挤出头、热床的温度已经分别稳定在了目标温度上。
第四条，橙色的粗线，表示挤出头的平均温度，可以看出这个就比较稳定了。
第五条，深绿色，表示挤出头的“输出”。所谓“输出”，大体上可以理解为这个加热器的开/关状态。整个图的第二栏可以看出，加热器并不是一直处在打开的状态，而是时开时关，保证温度大体稳定。
第六条，深绿色，表示热床的“输出”。与上面挤出头输出的概念相同。
这个图最上面标题处，一直维持着一句“已过60分钟”，实际上这里是一个翻译得不太好的地方，原本的英文是Past 60 Minutes，翻译为“过去的60分钟”似乎更妥当。它的意思是Repetier-Host的数据展示是以过去的60分钟为基础的。在“温度曲线记录时长”选项中，除了这种模式之外，还可以选择以自然时间整小时为基础的数据展示方式。需要注意的是，当选择了以自然时间整小时为基础的数据展示方式时，右侧的“温度视窗时间缩放”选项一定要改为60分钟，否则产生奇怪的效果，明明有记录但却无法展示出来。
这个时候，猫模型的底座基本上已经打印好了。
如果你的打印机不出问题，后面的打印过程就没什么特别的事情了。随着时间的推移，塑料模型被一层一层垒高，逐渐成型。一个小时过去了，整个模型逐渐显形，最终的成果给大家展示一下。
第六节，手动控制
在完成了整个3D打印的过程之后，我们已经对Repetier-Host 3D打印控制软件有了一个基础的了解。整个软件里面，我们没有用过的地方已经不多了。最后一个大块的功能，就是我们这一节将要讲解的，手动控制功能。
在电脑和3D打印机断开连接的情况下，手动控制是关闭的。必须先连接上3D打印机才能开始使用这些功能。
连接成功之后，把右侧窗口切换到“手动控制”面板，可以看到这样的界面。如果你屏幕不够大，可能只能看到这个窗口的一部分，使用右侧滚动条上下滚动窗口即可。
这个界面上，最上面的箭头和小房子按钮，都是用来手动调整挤出头位置的。现在可以试一下，先按下标记X的小房子按钮，如果一切正常的话，你的3D打印机应该在X方向复位了。
程序开始运行时，XYZ三个当前坐标值都是红色的。这代表所有轴向还没有复位过，这些坐标值只是估计值，还不能确定。如果按下一个方向的小房子按钮，这个坐标值就会变为黑色，代表这个轴向已经复位过了，之后的操作可以比较放心，不会“出界”了。
再按下X/Y箭头的向右(也就是X正向)第三格，鼠标在这一格上面的时候，四个箭头中间就会显示出10，代表这一次将向X正方向移动10mm距离。按下试试看。需要提一句的是，Repetier-Host在这里的贴图明显出现了错误，最下面很多内容没有展现出来。不过还好，不影响使用，具体哪些被裁了一半的图标代表的是什么，相信你可以轻松地试验出来。 你可以再尝试按下其他按钮。我的打印机在每个方向上，负向都有轻触开关，步进电机不会越位，正向没有这样的硬件保护措施了。如果坐标值是红色的状态，就有可能产生“越界”的情况。如果已经复位，我们之前在打印机设置里面填写的打印机形状，就会在这里起作用。还记得吗?我的打印机是200mm x 200mm x 180mm的大小。这样，当你操作挤出头向X轴正向移动超过200mm时，Repetier-Host程序会自动忽略你的指令，不会超出这个预设的范围。
手动控制面板的下面一栏，是“速度倍率”。这一栏很简单，控制着打印头移动速度和挤出头挤出速度的倍率。以100%为基础，可以在一定的范围内设置。比如，我们把打印头移动色度倍率设为200，再尝试用上面的方法在X, Y, Z轴上移动，可以看出，打印头的移动速度明显加快了。
接下来是挤出头相关的手动控制。在这里我们可以通过点最左边的黑白图标实现开关加热挤出头，图中的162.77℃和200这个数字分别代表挤出头的当前温度和目标温度。对于有多个挤出头的3D打印机而言，在这里还可以分别对每一个挤出头进行设置。当然，我的3D打印机上只有一个挤出头，因此只能对“挤出头1”进行设置了。
除了加热，挤出头上还有一个步进电机，也就是E轴电机，控制着耗材的挤出、回退长度以及速度。按下图中的上、下箭头，就可以手动进行耗材的挤出、回退操作。我的建议是，不要在挤出头达到正常温度(对于我使用的PLA来说是185℃)之前，就对这里进行操作。那样的话，耗材本身肯定是动不了的，结果只会是挤出头里面的无谓磨损。另外，从图中可以看出，挤出操作又分了两种，对应了不同的挤出速度，当然，两个箭头的肯定更快一些啦。
加热床这里就更加的简单了，只有开关这一种操作，同样是通过点击最左边的黑白图标实现。图中所示目前是关闭的。当然，仍然能看到加热床的当前和目标温度。
最后就是风扇控制了。这里的风扇，指的不是加热挤出头上常开的那个风扇，而是侧面专门吹挤出头头部，可以控制开、关状态以及风速的那个风扇。打开这里的按钮试试就知道了。
当然，手动控制这里，还有一个大杀器，就是最上面的一行，直接发送G-code。这个内容比较专业，我不打算在这里详细讲解了。
这已经是我们这篇教程里面第二次提到G-code了。看来G-code确实是比较重要的内容，想玩好3D打印机一定要对G-code有一定的了解。想知道G-code是什么，如何读懂甚至直接写出G-code代码，请继续关注打印虎未来的内容更新。
最后祝大家玩机愉快，想看更多的打印虎教程，请访问打印虎原创教程专区
Repetier 1
产品参数
打印尺寸：200×200×180mm 打印层厚：0.1-0.4mm(可调) 定位精度：XY轴0.015mm Z轴0.0025mm 喷嘴规格：0.4mm(0.3/0.5mm可更换) 打印耗材：PLA、ABS 耗材直径：1.75mm 外观尺寸：450×450×600mm 支持文件格式：STL、G-Code
产品优势
(1)Z轴采用T型丝杆电机，Z轴传动均匀流畅，模型叠层更加均匀;
(2)热床采用3mm铝基板热床，铝质导热快，热床整体温度均匀，平整不变形; (3)运动轴承采用直线滑块轴承，摩擦系数小，无横向晃动;
(4)LCD脱机打印，中文显示，人机交互模式，操作设计人性化，贴合用户需求。
产品应用
主要应用于工业产品零部件、模型打印、产品设计、艺术创作、教育应用等领域。
Repetier 2
产品参数
打印尺寸：180×180×150mm 打印层厚：0.1-0.4mm(可调) 定位精度：XY轴0.01mm Z轴0.0025mm 喷嘴规格：0.4mm(0.3/0.5mm可更换) 打印耗材：PLA、ABS 耗材直径：1.75mm 外观尺寸：380×380×410mm 支持文件格式：STL、G-Code
产品优势
(1)X、Y轴采用双十字传动结构，使得机器更稳定，有效提高打印精度及速度; (2)传动采用自润滑的石墨铜套，摩擦系数极小，无晃动，有效提高机器的稳定性和使用寿命;
(3)热床采用3mm铝基板热床，铝质导热快，热床整体温度均匀，平整不变形; (4)3.5寸中文触摸屏操作，人机交互模式，操作设计人性化，贴合用户需求; (5)实现断电、断点记忆续打，打印完成自动关机; (6)支持SD卡脱机打印、汉字打印文件名; (7)支持手机app远程操作。
产品应用
主要应用于工业产品零部件、模型打印、产品设计、艺术创作、教育应用等领域。
《人机交互技术》实验报告
实验名称:3D打印机原理及构造
班级：数媒1301
组长(学号、姓名)：刘家旺 组员(学号、姓名)：沈苏明
成绩：
实验四 3D打印机原理及构造
一、 实验目的：
了解学院使用的3D打印机的工作原理
二、实验要求：
了解学院使用的3D打印机的工作原理
三、实验结果：
3.1产品参数
品牌美国3D SYSTEMS 型号Cubex Duo成型工艺挤出成型 生产产品种类波纹管, 塑料杯, 插座, 其他适用原料ABS
Cubex Duo产品简介
Cubex Duo打开了一个创造力的新世界。经过快速简单的安装，这台低价格的三维打印机可使个人制造成为现实，用最新开发的桌面打印技术，提供终极的三维打印体验。
Cubex Duo具有透明和敞开的设计，可用于教室，家庭及办公室环境。将虚拟的3D模型带入你的生活——限制你的只有你的想象力。可生成产品原型，模型，RC零件，玩具„无穷尽的列表。 产品特点
仅用其他三维打印机价格的零头即可购买Cubex Duo。低价格，但不牺牲质量;
可高质量打印高分子工程塑料;
超大打印空间(直到230×265×240毫米); 可直接从U盘读取数据，不需要连接电脑; 可使用多个打印头进行彩色打印;
可使用支撑或不使用支撑，更省材料，更快速打印; 材料价格低廉，支持多种材料，包括ABS.PLA; 干净，安静，使用容易，维护简单。 技术参数 1.
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3.2实物图片
3.2原理
3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软。学院的3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。
使用3D打印机的流程是：
1、轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。
2、而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。
四、分析总结： 多接触新技术，增长见识
1、操作者在上岗操作前必须经过培训，必须熟悉设备的结构、性能和工作原理，熟悉设备基本操作和基本配置情况，合格后方可上岗。
2、操作者在上岗操作前必须穿戴好劳动防护用品。
3、班前检查上一班次设备交接班记录。
4、开机前要保证打印机放置平稳，电源接通可靠。
5、打印机上不能放置其他物品，以免损伤打印机，发生事故。
6、换丝前要加热充分后轻松拉出，不能在未加热充分的情况下硬拉。以免损坏打印机。
7、打印机是发热设备，打印过程要有人监看，以免乱丝后无人处理损坏打印机，甚至出现故障后无人处理，引起火灾。
8、乱丝后要根据其乱丝程度，暂停修复或者停止后清理干净重新打印。
9、加工过程中请勿频繁打开成型室门，禁止将头、手或身体其他部位伸入成型室内。
10、加工过程中或者刚结束加工时，成型室处于高温状态，禁止身体任何部位触碰
11、成型室内任何位置，至少应待温度降低至50℃以下时再进行取件清理等操作
12、发热异常，要及时关闭打印机，关闭电源，关闭总闸。如引起火情，要及时关闭总闸，拨打119报警电话，用沙和二氧化碳灭火器灭火。
13、禁止带电检修设备。
14、打印结束必须关闭电源总闸，清理工具，待工作面冷却接近常温后，再清理打印机，打扫工作场地。
3D打印机房安全应急预案
3D打印机房是我校重要的教学活动场所。里面放有主机、显示器、各种连线及相应的软件配置，设备价格也是相当的高，它们是学校财产资源的重要组成部分，且在机房里面的人员相对集中。因此本着对学生负责、对学校财产的保护和对自己负责的态度我特制定了机房安全应急预案，一旦发生火灾事故、触电事故或设备损坏等现象，尽可能的按照如下方案进行。
一、触电处置步骤 (1) 一旦发生触电事故，任课教师人应迅速安全切断电源，切忌直接接触触电者。 (2)即刻通知校医务室及相关部门，同时开展现场应急救护。 (3)教师要稳定课堂秩序安抚其他学生的情绪，必要时应及时、有序疏散学生。 (4)协同电工查找原因，本着解决问题以及妥善处理问题的态度与事件起因当事人进行公正、公开、公平的协商姿态解决事后问题。
二、火灾处置 (1)任课教师及机房管理员一旦发现火情后，应即刻切断电源。 (2)任课教师组织学生进行疏散并自救，疏散时机房前三排学生走前门，后两排学生走后门。 (3)即刻通知德育处及相关部门，根据火情大小如需报警立即就近用电话或手机报告消防中心(电话119)，报告内容为：“某地二楼机房发生火灾，请迅速前来扑救”，待对方放下电话后再挂机。 (4)在向校领导汇报的同时，派出人员到各路口等待引导消防车辆。 (5)在消防车到来之前，以校安全消防组织成员为主，其余人员(尤其是教师)均有义务参加扑救。 (6)消防车到来之后，一切听从消防指挥人员的指挥，校内人员配合消防专业人员扑救或做好辅助工作。 (7)使用器具：灭火器、水桶、脸盆、铁锨，水浸的棉被等。 (8)无关人员要远离火场和校内的固定消防栓，以便于消防车辆驶入。
4、扑救方法： (1)扑救固体物品火灾，如木制品，棉织品等，可使用各类灭火器具。 (2)扑救液体物品火灾，如汽油、柴油、食用油等，只能使用灭火器、沙土、浸湿的棉被等，绝对不能用水扑救。
三、设备问题 (1)应每周检查机房的设备软硬件，确保事件早知道、早报告、早解决。 (2)出现软件问题自己解决(回复、杀毒、安装、同传等)。 (3)找到硬件问题原因，并协同教辅组老师一同解决。 (4)查找问题出现的原因，本着实事求是以合作的姿态解决问题。 (5)在正常工作日期间管理教师在规范使用的前提下，设备由于配件使用寿命到期等自然原因造成的损耗应作设备自然损耗处理。该机房管理教师只负责及时记录和报修。 (6)在非工作日期间机房出现问题。比如说周末、寒假和暑假如何处理。需要建立工作日与非工作日交接制度。在非工作日期间由机房接收人负责管理并做相关记录，防止出现管理空白。
四、隐患问题： (1)学校要保证安全通道的畅通。任课教师坚持每次上机要开两道门,保持室内空气流畅。 (2)学校备齐安全相关装备。 (3)班主任、任课教师学生的安全教育。 (4)窗户没有防盗栏。 (5)前、后门钥匙不止不够。 (6)没有空调。 (7)电压不稳。 (8)使用机房人员不仅仅是计算机老师。 (9)拥有机房开门权限的也不只是管理该机房的教师，存在安全和管理隐患。
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