RepRap 3D Printer 入门介绍

RepRap 3D Printer 入门介绍

RepRap

到目前为止，所有的 FDM 工艺 3D 打印机，不管是开源设计，还是商业产品，都源自2005年开始 ​​RepRap.org​​ 组织的一个开源软件、硬件计划。这个计划，旨在制造一台能够“自复制”的 3D 打印机。

RepRap 是一个三维打印机原型机（或 3D 打印机），它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身的（塑料）组件。RepRap 是（replicating rapid prototyper）的缩写。这原型机从软件到硬件各种资料都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU通用公共许可证 GPL 之下发布。

RepRap.org 的开源 3D 打印机，经过多年的发展，现在已经开发出几个主要版本。按照主分支来说，第一代产品称为 Darwin（达尔文）。第二代产品称为 Mendel（孟德尔）。

从前两代的 RepRap 都选择遗传生物学科学家的命名方式可以看出，RepRap 开源计划，从一开始就是奔着“自复制”这一目标前进的。这也为 RepRap 开源桌面级 3D 打印机博采众长，充分吸收各种良好的设计，并进而广泛应用打下了很好的基础。第三代产品，本来预想的主干，叫做 Huxley（赫胥黎）。

很可惜，这代产品并没有得到非常广泛的认可，反而是 Mendel 的一个派生产品，Prusa Mendel，由于其更简单、稳定的设计，变成了影响力最大的第三代产品。

因为 Prusa Mendel 名字太长，逐渐大家就把这款机器名字简化，只叫做 Prusa 了。因为不是原本设计的第三代产品，Prusa 也不是一个著名生物学家的名字，而是这款机器的设计者（Josef Průša，应该是捷克人）的名字。这款机器设计出来之后，又进行了几次迭代，目前最新的版本是 iteration 3（迭代3），通常的叫法，就是 Prusa i3。

目前 Prusa i3 的主流方案有：

Arduino Mega 2560 + RAMPS1.4 + A4988驱动模块 * 4 + 42步进电机 * 5（2长 3短） + Marlin FirmwareMelzi + 42步进电机 * 5（2长 3短） + Marlin Firmware

Arduino

Arduino 不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。Arduino 简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。Arduino IDE 基于 processing IDE 开发。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。Arduino 语言基于 wiring 语言开发，是对 AVRGCC 库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。

它构建于开放原始码 simple I/O 介面版，并且具有使用类似 Java、C 语言的 Processing/Wiring 开发环境。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的 Arduino 电路板；另外一个则是 Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。你只要在 IDE 中编写程序代码，将程序上传到 Arduino 电路板后，程序便会告诉 Arduino 电路板要做些什么了。

Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过 Arduino 的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对 Arduino 的编程是利用 Arduino 编程语言（基于 Wiring）和 Arduino 开发环境（基于 Processing）来实现的。基于 Arduino 的项目，可以只包含 Arduino，也可以包含 Arduino 和其他一些在 PC 上运行的软件，他们之间进行通信（比如 Flash, Processing, MaxMSP）来实现。

Arduino 名字由来：Massimo Banzi 之前是意大利 Ivrea 一家高科技设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器。 2005年冬天， Massimo Banzi 跟 David Cuartielles 讨论了这个问题。 David Cuartielles 是一个西班牙籍晶片工程师，当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板，并引入了 Banzi 的学生 David Mellis 为电路板设计编程语言。两天以后，David Mellis 就写出了程式码。又过了三天，电路板就完工了。Massimo Banzi 喜欢去一家名叫 di Re Arduino 的酒吧，该酒吧是以 1000 年前意大利国王 Arduin 的名字命名的。为了纪念这个地方，他将这块电路板命名为 Arduino。

Arduino 的型号有很多，如Arduino Uno、Arduino Nano、Arduino LilyPad、Arduino Mega 2560、Arduino Ethernet、Arduino Due、Arduino Leonardo、ArduinoYún等。Arduino的扩展板也很多，如Arduino GSM Shield、Arduino Ethernet Shield、Arduino WiFi Shield、Arduino Wireless SD Shield、Arduino USB Host Shield、Arduino Motor Shield、Arduino Wireless Proto Shield、Arduino Proto Shield等。

​​意大利原装 Arduino Uno R3 开发板​​

​​意大利原装 Arduino mega2560 开发板​​

Ramps 1.4

3D 打印机 DIY 经常使用的主板——Ramps1.4（RepRap Arduino Mega Pololu Shield）。

它设计的目的是用低成本在一个小尺寸电路板上的集成 Reprap 所需的所有电路接口。RAMPS 连接强大的 Arduino MEGA 平台，并拥有充足的扩展空间。除了步进电机驱动器接口外，RAMPS 提供了大量其他应用电路的扩展接口，RAMPS 是一款更换零件非常方便，拥有强大的升级能力和扩展模块化设计的 Arduino 的扩展板。

Sprinter 和 Marlin 两种固件是 Ramps1.4 使用较多的版本；Pronterface 是一个跨平台的打印机控制程序,可以用于测试/打印。

​​3D打印机主板套件 RAMPS 1.4 Arduino mega 2560 DRV8825 2004LCD​​

Repetier 软件

Repetier Host 是一款操作简单的 3D 打印软件，主要功能包括手动调试，模型切片等，repetier host 是目前 3D 打印机上使用最为广泛的 3D 打印软件之一。

Repetier-Host 是 Repetier 公司开发的一款免费的 3D 打印综合软件，可以进行切片、查看修改 G-Code、手动控制 3D 打印机、更改某些固件参数以及其他的一些小功能。Repetier 公司并不提供切片引擎，而是在该软件中外部调用其他的切片软件进行切片，比如 CuraEngine、Slic3r 及 Skeinforge 等切片软件。在同类软件（如Printrun,Repelicator-G）中使用起来是比较方便的一款。

Repetier-Server 是一个远程服务端工具，提供远程访问的方法。在 Repetier-Host 1.5.6 之后，会缺省附带安装 Repetier-Server，这个软件给 Repetier-Host 增加了（私有）云功能。

Printrun 软件

Printrun 是一个纯 Python 的3D打印宿主程序，包括 printcore、pronsole 和 pronterface 三个模块和一些有用的脚本。

​​printcore.py​​ 是一个使得写reprap hosts变得简单的库；​​pronsole.py​​ 是一个可tab补全的命令行交互软件；​​pronterface.py​​ 与 pronsole 功能相同，但提供图形界面。

Marlin 固件

Marlin 和 Sprinter 是主流的 3D 打印机固件，Sprinter 功能相对简单,但是基本的功能都是有的；Marlin 的功能相对复杂、强大。

Marlin 固件和 Repetier-firmware 固件类似，都由原始的 Sprinter固件派生而来。Sprinter 固件已经超过1年没有人维护了，但 Marlin 和 Repetier-firmware 目前（2014年9月）仍然非常活跃，是国内用户很常用的两款固件。实际上相比于 Repetier-firmware，Marlin 的使用更加普遍。对于常见的 3D 打印机控制软件 Cura 来说，Marlin 固件兼容程度也更高。虽然有人报告说 Marlin 在打印过程中有很小的机会会出现计算溢出错误，但它毕竟是更加通用的固件，这种问题一定会很快被修正。

​​Marlin GitHub 主页​​

Melzi 控制板

Melzi 是 3D 打印机的控制板，有了它才能控制打印机运行，相当于 3D 打印机的大脑。它最初是基于 Arduino 达芬奇和弗朗西斯科·Melzi 全名，他是列奥纳多·达·芬奇的学生。Melzi 通过 USB 接口可以与电脑连接，实现数据交换，通过 SD 卡可实现脱机打印，令 3D 打印机更携。

发布版本：2.0；许可证：GPL2.0；设计者：Joem&Adrianbowyer；编译环境：ArduinoIDE；固件：Marlin；上位机软件：printrun、Repetier-Host（支持中文）。

​​3D Printer Control Board with Melzi 2.0 PCB Card ATMEGA 1284​​

接口资源说明：

2路ADC接口可供测温用：一个挤出机测温、一个热床测温3路PWM：1个控制挤出机,1个控制热床的加热,1个是控制风扇3路限位开关：X、Y、Z可以连接机械

Melzi 产品参数：

主控IC：ATMEL公司的ATMEGA1284P-AU螺钉连接座，方便好用集成G代码文件的TF卡插槽FT232RLUSB接口集成4个A4982步进电机驱动集成3个MOSFET驱动器热端，热床和风扇尺寸：210mm50mm17mm重量：70g

耗材

RepRaps 的打印出的物体材料是来自与 ABS，PLA 聚乳酸，和类似 thermopolymers 的材料。

ABS

ABS 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物是由丙烯腈，丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物。英文名为 acrylonitrile–butadiene–styrene copolymer ,简称 ABS。ABS 通常为浅黄色或乳白色的粒料非结晶性树脂。ABS 为使用最广泛的通用塑料之一。

PLA

聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。

PLA 聚乳酸具有高刚度，最小的翘曲，和具有一个有吸引力的半透明颜色的工程优势。PLA 聚乳酸材料是生物可降解性的和植物来源的环保材料。

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