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翻新一台已經過度損耗的3D印表機 (繁體)

JieLIU
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經過1200個小時的打印,這台Ultimaker 2還沒有準備好退休。

3D印表機已經出現一段時間了,桌上型3D印表機變得越來越流行,越來越便宜。 Ultimaker是領導品牌之一,有著一系列指向家用、發燒友、教育市場的機器。

當RS把Ultimaker 2送達我們的工作坊時,試想像我們有多開心。這台機器是貿易展覽、活動的展示機器,已經被擱置了一段時間了,需要一些TLC來讓它恢復正常工作狀態。

在這篇博客中我們將決定我們需要替換什麼部件,並且在它再次打印之前,清潔、維修這個機器。

Ultimaker 2

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Ultimaker 2使用熔融長絲製造技術(FFF)來生產3D模型。簡單來說,一條連續的長絲(通常是塑料)被填入一個被加熱的受電腦控制移動的打印機頭,當機頭移動的時候有熔融的材料漏出。在維基百科中能找到更多相關的綜合信息。

也還有其它的3D列印技術,比如光固化(SLA)和選擇性激光燒結(SLS)——儘管這些技術在工業上應用更普遍,它卻有更多的限制和需要更具毒性的材料。

熔融長絲製造技術(FFF),憑藉它相對快速的打印時間和相對低的成本成為至少就目前來看最受桌面打印機和發燒友打印機歡迎的打印技術。

Ultimaker 2現在已經停產,被Ultimaker 2+取代,儘管如此兩者的模型還是非常相似,都有可互換零件和可用備件。幸運的是,Ultimaker依然有大量文件和支援給這些機器,形成了一個繁榮的用戶社區,有易得到的備件來源。

評估

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Ultimaker 2最大的一個特點就是它的用戶界面,有明亮的OLED屏和簡單的滾輪來進入使用菜單系統。導航至運行數據,我們可以看到這台機器已經列印超過1200個小時了,熔融長絲已經超過500米!

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用眼睛查看這台機器的情況是與它的列印歷史相符合的,有一個很髒的、褪色的列印頭,在主機上有長絲的碎片和灰塵,打印床上覆蓋著膠水殘留物。

經過了那麼多個小時的列印之後,似乎還有很多的運輸並且被閒置的時間,在使這個打印機回到一個更好的狀態之前需要一些修理是不足為奇的。首先,那些移動的部件需要一些調整、清理和潤滑來確保流暢的、少錯誤的移動。

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其次,熱噴嘴經過了很多次加熱和冷卻的循環,並且可能有不同的材料(可能是有意的長絲材料的改變,亦可能是外來物如灰和塵)穿過它,可能會需要特別注意。

為了快速評估噴嘴的狀態,我們將其加熱至最高溫度260攝氏度並且手動地填充一些長絲進去。熔化了的塑料並不是以一條直線或是輕微彎曲地穿過噴嘴,而是嚴重地彎折,幾乎直接彎向噴頭後面,表明在噴嘴內部有一些程度的堵塞。

通過評估,計劃行動如下:

  • 在必須替換部件之前,試著清理列印頭
  • 清理風扇,可能需要替換
  • 常規清潔
  • 潤滑軸
  • 校準列印一些測試部件

清潔打印頭

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我們首先抓住列印頭,它可以被拆下來嗎? Ultimaker網站上有一些關於怎麼做的信息,在官方文件很受歡迎的論壇(有一些來自用戶的技巧和方法)裡都有。我們首先嘗試在上述鏈接中提到的“基本方法”。

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來自長絲殘留物的黑色物質數量證明了噴頭有多髒。重複清潔過幾次之後,噴嘴表現依舊不佳,替換變成了最好的解決辦法。

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再次參考綜合文件,我們將噴頭取下來,發現一些部分已經隨著時間變差了。更明顯的是玻璃填充的PTFE接頭部分的褪色,這個接頭提供了使長絲進入熱噴嘴的流暢通道,以及噴嘴和更大的接頭組件的熱偶。

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在尋找一個新的噴嘴的過程中我們發現有升級版的噴嘴,具有四個不同的尺寸,可以很容易地互換。更大的噴嘴能夠用於更快,但較粗糙的列印,而小一些的噴嘴則列印得更慢但細節處理卻更好。

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噴嘴是更大的加熱器模塊的一部分,它還包括一個加熱部件和一個傳感器,一起提供噴頭溫度的控制和反饋。這些都被封在了原來的加熱器模塊中所以都被新的部分替換。

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在Ultimaker 2的頂端有3個風扇。一個幫助頂部部件降溫,另外兩個用於已擠壓的長絲的降溫。這三個風扇都髒了,代表著這台印表機被用在多塵環境中。單獨用在頂端降溫的風扇還產生非常多噪音,預示著軸承已被損壞,所以我們定購了高質量的ebm-papst風扇來替換。

訂購替換部件,甚至是非標準化物件比如這個新的風扇,都因為Ultimaker的開放政策變得簡單——所有Ultimaker 2和其他印表機的機械部件以及其他實用的參考信息都在它們的GitHub中列出。

一個全新的開始

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新部件一到,我們便開始重建印表機。這相對來說是一個簡單的任務,最繁瑣的任務便是溫度傳感器和加熱部件的替換。這需要進入印表機底端的核心控制電路板,移除了一些必須拆除的板。儘管不是做不到,這花了我們大概一個多小時去完成這個任務,銀色的底色確實使得清理印表機內部容易一些。

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替換噴嘴也是一個超乎想像的複雜的工作,因為需要拆卸噴頭的凸出結構。除了解決堵塞的問題,升級也是一個極大的改進,因為相比原來的設計,現在我們可以取出並且用最小的噴頭替代噴嘴。

更換降溫風扇是快速而簡單的,儘管頂部的其他部分都被拆卸成部分。來自原來風扇的2-pin的電源接口被剪掉,被焊接到一個新的上來避免對原來絕緣線的調整。

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當頂部被放回原位之後,每一個軸刷都被擦拭乾淨,並且滴一滴油用作潤滑。因為我們的機器買的時候沒有附送潤滑油以及其它與新機器配套的部件,我們根據Ultimaker社區的用戶的推薦,使用了三合一油,一種低黏度的礦物油。

最後,在準備好進行我們的第一次測試列印之前,玻璃列印床被拆下進行清潔,將所有殘餘部分清除。

重新列印

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將印表機插上電源,我們首先進行校準步驟,就像打印機是全新時一樣。這更加證明了Ultimaker 2的用戶界面的設計用了大量的心思,有清晰的、簡單易懂的指示來調平打印床和裝載長絲到印表機上。

接著設置,界面會提示用戶可以使用提供的SD卡進行第一次列印。因為我們確實沒有這張卡,我們下載了一個原文件“Ultimaker機器人”,把它複製到一張空白SD卡中並插入印表機。

在第一個列印過程中,我們準備一個更有用的測試列印,打印一個20毫米的立方體來檢驗印表機的準確性和性能。

從屏幕到模型

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3D印表機是CNC機器——它們被一系列指令控制,通常是包括了機器特定參數和基於將要生產的部件的指示的G-code代碼。以下是從設計到打印成品的基本工作流程:

  • 在CAD中建立3D模型——我們將使用DesignSpark Mechanical
  • 將3D CAD模型轉換成G代碼指令——我們將使用Ultimaker的Cura軟件並保存至SD卡
  • 執行G代碼——Ultimaker 2機器讀取SD卡
  • 列印部件

首先,我們在DesignSpark Mechanical中繪製了一個20毫米的立方體,並且導出成.stl文件。

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接著我們進入Ultimaker的Cura軟件,打開.stl文件,立方體放在模擬的打印床上。 Cura擁有簡單的用戶界面,可以選擇簡單或者高級的選項。在這第一個例子中,我們選擇“低質量” 配置文件,盡可能縮短打印時間。

基於選擇的配置文件,Cura自動“切割”模型,有效的將它轉為適用於Ultimaker 2的G-code代碼。高級菜單提供了一系列可供微調的選項,但是這些是在這篇文章範圍之外的。

當第一個機器人模型完成之後並從列印床移出後,將那個立方體的G-code文件移至SD卡中並且列印。

成品以及接下來的步驟

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作為第一個列印作品,這個機器人模型不算差。有一些下垂或是沒有支撐的部分的下垂,但是整體來說,它顯示印表機能很好地擠出塑料。儘管3D印表機是簡單易用,但是要列印出高質量的模型,或是達至印表機的最佳效果可能需要很長的時間!

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這個正方體相比模型列印得較小一些,當用游標卡尺檢查時,它稍微呈梯形,代表印表機的軸可能還未修正好。這可以通過在每個軸上調整滑輪和齒狀帶來修正。

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我們接下來列印另一個測試模型,這次使用的是由Thingiverse(一個用於分享3D設計的網上資源)用戶ctrlV分享的模型。這個文件是用於測試3D印表機的性能,特別是一些難以列印的東西,比如突出來的部分,精緻的細節和橋樑。這張照片展示了成果,在突起物和橋樑部分中擁有很好的表現,而在細節上還需要進一步改進。

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我們已經成功把一台不能工作的Ultimaker 2修復到能夠列印出很棒的成品。擁有大量的網絡在線資源(我們發現這對於初學者來說是很好的指導教材),以及一個巨大的社群去分享3D列印經驗,我們期待著我們打印模型的質量進一步提升。

使用DesignSpark Mechanical來創造3D模型,並且將它們輸出為.stl文件給Ultimaker的Cura軟件意味著我們也有著功能強大且免費的軟件鏈。

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