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發佈日期 2017-06-01
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[3DP] PROTON+ 設計開發記錄

首先,要感謝 ATOM 提供了 PROTON 和 NEUTRON 的開源計劃,並且提供了基本的金屬件來組裝,這省下了不少的準備功夫,相信也會讓很多人重新思考自己對 3DP 或開源軟硬體的認知。

記得當初是趕在三月初的時候完成 PROTON 組裝和試印,那完全是在東拼西湊的情況下把它弄起來,因為幾個關鍵的限位開關、近接開關、風扇都和設計不同。

但老實說,那個列印的體驗並不是太好,這不是抱怨喔,因為開源自己搞東西完全沒有抱怨的立場,歡喜作甘願受!

也因為列印的體驗不太好,反而讓我特別留意究竟是那些問題造成的,收獲反而更大。

但是,其實它的列印品質算蠻不錯的。以初版列印來看,它的品質不會連 ATOM 的車尾燈都看不到,然後是可以巴過一些陽春機的。關鍵在於它的精密度取決於硬體,而沒有受到軟體的減損。

印過幾次之後,我就決定按自己的想法來改了。中間還歷經了用不同的軟體、改不同的設計邏輯,但這些跳過,直接講收穫。

‧使用經驗
一台機器好不好用,有一個簡單的指標,就是把要作一件事的程序列出來,然後看你要花多少動作完成這些程序,得到最後的結果。

更進一步的,可以看當機器有異動時,你必須花多少時間把整個狀態穩定下來,開始列印。
這每一項的動作,都有值得努力的地方和巧思要留意。

所以,在我的 PROTON+ 裡作了幾件事:

1. 全面改為光學限位,就當初裝好 PROTON 時的測試,它的定位精度大概在2條左右。

2. 近接開關改為蝸型齒輪調整模式,也就是你可以用一支起子直接來調整近接開關的高低,讓它跟噴嘴的高低差最一致。

3. 線路改走光軸中心,把噴頭上面所有的線路藏起來,簡化整台機器的外型複雜度,只要接一條電源線就能運作。

4. 強化光軸固定件的尺寸和固定力,同時改為提把式,方便把整台機器帶著走。

5. 電源、主板、雷射模組及散熱直接作進機殼中,讓它可以散熱,又可以增加機台穩定性。

6. 鋁板改為快拆型式,方便列印及維護保養。(拆下鋁板後,掀開機殼上蓋就可以直接看到主機進行配線或調校。傳動皮帶部份不與鋁板連動,所以拆鋁板不會動到框架。

7. 增加螺桿螺母預壓機構,讓X軸和Z軸傳動不會有明顯的背隙誤差。(改為雙螺母方式安裝,一顆以螺絲鎖死,一顆調整到無背隙後,再以擋板施壓固定,以消除變換方向時的間隙誤差。)

8. 進料臂改為左手施壓、右手進線模式,方便右撇子的操作,也容易觀察進線狀況。

9. 進料臂增加PTFE快拆,方便線材導管的接續,並且在入線口加裝斷料偵測。

10. 依扭力需求選用不同馬達,X軸和Y軸的扭力需求較小,以4248馬達為主;Z軸和E軸需要的扭力較大,以4260馬達為主。

11. 噴頭的喉管改用 E3D 的加長型喉管,以提升噴頭的固定力道,否則原設計的固定方式很容易把噴頭撞歪,然後得整個重新校正。

‧設計概念

在這次的設計程序中發現現在的 3D 設計資源非常多,零件你可以在淘寶上很容易買到,超便宜;也能在網路上找到這些零件的 3D 檔或尺寸圖,所以設計時其實需要畫圖的時間不多,很多時候反而是在排列組合,以落實自己的設計構想。

若是能作到參數化設計,更換零件後自動修正相關零組件的定位的話,設計這件事會變得非常快速。

一開始我還花了時間去試用 onshape,也花了一些時間去畫自己的零件。但最後發現,設計的重點不在於絕對精美,因為越精密的零件讓設計的效率越低,而真正關鍵的往往是干涉判斷、固定位置、走線空間、結構剛性、流場動線。這些東西不一定要精美的畫面,而是要精準確實的點出問題即可。

‧設計程序
在設計時,必須先研判一些關鍵零組件的干涉問題和空間需求,否則往往因為這些東西衝到而讓整個設計翻盤。

確定了基礎結構之後,再依設計巧思去配置各個零件組,以滿足設定的功能規劃。
最後替每個零組件配置合適的組裝空間、定位,排好組裝程序,完成後就可以確認各零組件的尺寸。

‧結語

這次之所以會想重新設計 PROTON+ 的目的就是從頭走一次整個過程,因為玩 3DP 快二年的時間,一直以來都是去適應機器的用法,在設計者規劃的邏輯和程序之下操作。

透過這次的設計,會讓人一再反思許多事,像是你認知的 3DP 操作程序、執行的重點、處理的方式、潛在的風險、.....;整體在機構上、電氣上、熱流上、視覺上的問題....。

然後當世界上有這麼多零組件、這麼多免費資源存在時,你作的每件事情究竟有多少價值,究竟對那些人有價值?

最後,因為經歷過這一遭,讓我知道未來挑戰的重點在於創造彼此認知和需求的價值,不再只是會印、只是會畫、只是會設計。

而是要熟悉、精進自己的能力,然後積極、快速的解決看到的所有問題。
影片清單
  • PROTON+ 歸零測試


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