當(dāng)大家聊起五軸數(shù)控機(jī)床時(shí)，或許并不會(huì)感覺到新奇，但提起五軸3D打印機(jī)似乎并不那么常見，開源的相關(guān)解決方案更是少之又少。

最近，在國(guó)外的3D打印社區(qū)中有一款基于Prusa 3D打印機(jī)改裝的五軸3D打印機(jī)吸引了大家的關(guān)注。這是把3D打印機(jī)從3軸變成5軸的有效方案，由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)，命名為Open5x，并在Github上開源。

主流的FDM 3D打印設(shè)備通常采用兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一種是笛卡爾，又稱XYZ型，比如Prusa i3 3D打印機(jī)；另外一種是并聯(lián)臂，又稱三角洲型，比如Kossel 3D打印機(jī)。但不管是采用哪種結(jié)構(gòu)都離不開XYZ三軸運(yùn)動(dòng)，由于是自下而上的平面打印，避免不了有的模型需要單獨(dú)添加支撐。

有沒有什么方法可以在不影響表面質(zhì)量或添加額外支撐的情況下創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀？答案是肯定的，通過添加額外的運(yùn)動(dòng)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)，類似傳統(tǒng)制造行業(yè)中使用的CNC 5軸數(shù)控機(jī)床完成類似的工作。

五軸3D打印的工作原理

通常空間直角坐標(biāo)系由X、Y和Z 3個(gè)平面組成，通過添加三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸標(biāo)記為 A、B 和 C，它們分別繞X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)，就組成了三個(gè)線性軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。除了線性軸之外，結(jié)合A軸和B軸就變成了5軸機(jī)器。

五軸3D打印的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)

增加兩個(gè)額外的軸不僅可以完全消除支撐結(jié)構(gòu)，還可以獲得更高質(zhì)量的表面光潔度、更大的設(shè)計(jì)靈活性和更高的零件強(qiáng)度。因?yàn)橥ㄟ^從不同的方向打印，零件可以比簡(jiǎn)單地在Z方向堆疊層更堅(jiān)固。

五軸3D打印機(jī)似乎就是夢(mèng)寐以求的理想機(jī)型，但是真正做出來(lái)卻面臨不少的挑戰(zhàn)。首先，5軸的機(jī)器動(dòng)力學(xué)比3軸3D打印復(fù)雜得多；此外，切片也是更大的難點(diǎn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)切片軟件都只支持在Z軸單方向上打印。這意味著必須在更復(fù)雜的CAM軟件中手動(dòng)計(jì)算某些刀具路徑，尤其是在3D打印非平面表面的情況下。

雖然5軸3D打印仍然存在許多限制，但還是有不少企業(yè)制作出了機(jī)器，但售價(jià)從幾萬(wàn)到上百萬(wàn)不等，是一般買家或者玩家無(wú)法接受的。而這次由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)提供的解決方案，更具可行性和經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樗窃谝延械臋C(jī)器上進(jìn)行改裝，省去了從零開始的時(shí)間，還節(jié)省了不少的成本，我們接下來(lái)一起看看他們是如何做到的。

硬件上除了一臺(tái)Prusa i3 3D打印機(jī)，還包括額外的電機(jī)、一些通用硬件和3D打印部件。使用了常見的RepRap固件上加上Duet3D電子設(shè)備控制。

切片軟件上，由于傳統(tǒng)的切片軟件只能在平面層中切片，研究人員開發(fā)了一種使用Grasshopper（Rhino CAD 軟件中包含的可視化編程語(yǔ)言）的非平面切片算法來(lái)克服這個(gè)問題。

在進(jìn)行這項(xiàng)開源項(xiàng)目的探索中，研究人員不僅發(fā)現(xiàn)多軸3D打印不只是不需要支撐材料，可以減少浪費(fèi)和獲得更好的表面光潔度，同時(shí)零件強(qiáng)度還能得到增強(qiáng)，另外通過功能材料的打印可實(shí)現(xiàn)有趣的應(yīng)用。

比如在上圖中，使用五軸3D打印機(jī)在曲面上實(shí)現(xiàn)了3D打印功能性電路跡線。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)也表示，如果要實(shí)現(xiàn)真正的免費(fèi)開源，他們還需要繼續(xù)開發(fā)一個(gè)免費(fèi)、開源的5軸切片軟件，并具有出色的用戶友好界面。因?yàn)槟壳安捎玫姆桨甘鞘褂肦hino和Grasshopper進(jìn)行切片，而Rhino是一個(gè)付費(fèi)軟件。

目前，在GitHub存儲(chǔ)庫(kù)上已經(jīng)有該五軸3D打印機(jī)的相關(guān)資料，包括：

1，材料和供應(yīng)商采購(gòu)清單。
2，用于裝配的3D打印文件。
3，電路板設(shè)置（Duet2+RepRap固件3.1.1）。
4，硬件的組裝說明。
5，用于5軸切片的Grasshopper定義和Rhino模板。

目前此開源項(xiàng)目還在進(jìn)行中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示還在繼續(xù)改進(jìn)，open5x的下一個(gè)迭代將包括：

硬件：

1，自動(dòng)調(diào)平U軸上的傾斜度，目前是通過數(shù)字水平儀 + 手動(dòng)G92 U0實(shí)現(xiàn)。
2，部分冷卻風(fēng)扇將重新設(shè)計(jì)，以便將空氣吹到噴嘴的末端，提高打印質(zhì)量。
3，改進(jìn)Z軸上的止動(dòng)器避免手動(dòng)調(diào)平床。

軟件：

1，繼續(xù)迭代Grasshopper減少切片的計(jì)算時(shí)間。
2，修改當(dāng)前版本中存在的已知錯(cuò)誤。
3，最終開發(fā)出獨(dú)立的開源切片軟件。

據(jù)資源庫(kù)了解，以上這項(xiàng)改進(jìn)計(jì)劃預(yù)計(jì)將在2023年3月實(shí)現(xiàn)，更多關(guān)于此項(xiàng)目的信息可訪問：https://github.com/FreddieHong19/Open5x?；蛘唿c(diǎn)擊下載 Open5x-main.zip

2022-11-18 12:54 上傳

可點(diǎn)擊下載文件

開源從來(lái)都不是一件簡(jiǎn)單的事情，但正是因?yàn)榍叭说呐?，科技才得以能夠快速發(fā)展。3D打印行業(yè)也同樣收益于此，期待更多的3D打印開源項(xiàng)目，來(lái)自中國(guó)。

當(dāng)大家聊起五軸數(shù)控機(jī)床時(shí)，或許并不會(huì)感覺到新奇，但提起五軸3D打印機(jī)似乎并不那么常見，開源的相關(guān)解決方案更是少之又少。

最近，在國(guó)外的3D打印社區(qū)中有一款基于Prusa 3D打印機(jī)改裝的五軸3D打印機(jī)吸引了大家的關(guān)注。這是把3D打印機(jī)從3軸變成5軸的有效方案，由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)，命名為Open5x，并在Github上開源。

主流的FDM 3D打印設(shè)備通常采用兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一種是笛卡爾，又稱XYZ型，比如Prusa i3 3D打印機(jī)；另外一種是并聯(lián)臂，又稱三角洲型，比如Kossel 3D打印機(jī)。但不管是采用哪種結(jié)構(gòu)都離不開XYZ三軸運(yùn)動(dòng)，由于是自下而上的平面打印，避免不了有的模型需要單獨(dú)添加支撐。

有沒有什么方法可以在不影響表面質(zhì)量或添加額外支撐的情況下創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀？答案是肯定的，通過添加額外的運(yùn)動(dòng)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)，類似傳統(tǒng)制造行業(yè)中使用的CNC 5軸數(shù)控機(jī)床完成類似的工作。

五軸3D打印的工作原理

通常空間直角坐標(biāo)系由X、Y和Z 3個(gè)平面組成，通過添加三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸標(biāo)記為 A、B 和 C，它們分別繞X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)，就組成了三個(gè)線性軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。除了線性軸之外，結(jié)合A軸和B軸就變成了5軸機(jī)器。

五軸3D打印的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)

增加兩個(gè)額外的軸不僅可以完全消除支撐結(jié)構(gòu)，還可以獲得更高質(zhì)量的表面光潔度、更大的設(shè)計(jì)靈活性和更高的零件強(qiáng)度。因?yàn)橥ㄟ^從不同的方向打印，零件可以比簡(jiǎn)單地在Z方向堆疊層更堅(jiān)固。

五軸3D打印機(jī)似乎就是夢(mèng)寐以求的理想機(jī)型，但是真正做出來(lái)卻面臨不少的挑戰(zhàn)。首先，5軸的機(jī)器動(dòng)力學(xué)比3軸3D打印復(fù)雜得多；此外，切片也是更大的難點(diǎn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)切片軟件都只支持在Z軸單方向上打印。這意味著必須在更復(fù)雜的CAM軟件中手動(dòng)計(jì)算某些刀具路徑，尤其是在3D打印非平面表面的情況下。

雖然5軸3D打印仍然存在許多限制，但還是有不少企業(yè)制作出了機(jī)器，但售價(jià)從幾萬(wàn)到上百萬(wàn)不等，是一般買家或者玩家無(wú)法接受的。而這次由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)提供的解決方案，更具可行性和經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樗窃谝延械臋C(jī)器上進(jìn)行改裝，省去了從零開始的時(shí)間，還節(jié)省了不少的成本，我們接下來(lái)一起看看他們是如何做到的。

硬件上除了一臺(tái)Prusa i3 3D打印機(jī)，還包括額外的電機(jī)、一些通用硬件和3D打印部件。使用了常見的RepRap固件上加上Duet3D電子設(shè)備控制。

切片軟件上，由于傳統(tǒng)的切片軟件只能在平面層中切片，研究人員開發(fā)了一種使用Grasshopper（Rhino CAD 軟件中包含的可視化編程語(yǔ)言）的非平面切片算法來(lái)克服這個(gè)問題。

在進(jìn)行這項(xiàng)開源項(xiàng)目的探索中，研究人員不僅發(fā)現(xiàn)多軸3D打印不只是不需要支撐材料，可以減少浪費(fèi)和獲得更好的表面光潔度，同時(shí)零件強(qiáng)度還能得到增強(qiáng)，另外通過功能材料的打印可實(shí)現(xiàn)有趣的應(yīng)用。

比如在上圖中，使用五軸3D打印機(jī)在曲面上實(shí)現(xiàn)了3D打印功能性電路跡線。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)也表示，如果要實(shí)現(xiàn)真正的免費(fèi)開源，他們還需要繼續(xù)開發(fā)一個(gè)免費(fèi)、開源的5軸切片軟件，并具有出色的用戶友好界面。因?yàn)槟壳安捎玫姆桨甘鞘褂肦hino和Grasshopper進(jìn)行切片，而Rhino是一個(gè)付費(fèi)軟件。

目前，在GitHub存儲(chǔ)庫(kù)上已經(jīng)有該五軸3D打印機(jī)的相關(guān)資料，包括：

1，材料和供應(yīng)商采購(gòu)清單。
2，用于裝配的3D打印文件。
3，電路板設(shè)置（Duet2+RepRap固件3.1.1）。
4，硬件的組裝說明。
5，用于5軸切片的Grasshopper定義和Rhino模板。

目前此開源項(xiàng)目還在進(jìn)行中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示還在繼續(xù)改進(jìn)，open5x的下一個(gè)迭代將包括：

硬件：

1，自動(dòng)調(diào)平U軸上的傾斜度，目前是通過數(shù)字水平儀 + 手動(dòng)G92 U0實(shí)現(xiàn)。
2，部分冷卻風(fēng)扇將重新設(shè)計(jì)，以便將空氣吹到噴嘴的末端，提高打印質(zhì)量。
3，改進(jìn)Z軸上的止動(dòng)器避免手動(dòng)調(diào)平床。

軟件：

1，繼續(xù)迭代Grasshopper減少切片的計(jì)算時(shí)間。
2，修改當(dāng)前版本中存在的已知錯(cuò)誤。
3，最終開發(fā)出獨(dú)立的開源切片軟件。

據(jù)資源庫(kù)了解，以上這項(xiàng)改進(jìn)計(jì)劃預(yù)計(jì)將在2023年3月實(shí)現(xiàn)，更多關(guān)于此項(xiàng)目的信息可訪問：https://github.com/FreddieHong19/Open5x?；蛘唿c(diǎn)擊下載 Open5x-main.zip

2022-11-18 12:54 上傳

可點(diǎn)擊下載文件

開源從來(lái)都不是一件簡(jiǎn)單的事情，但正是因?yàn)榍叭说呐?，科技才得以能夠快速發(fā)展。3D打印行業(yè)也同樣收益于此，期待更多的3D打印開源項(xiàng)目，來(lái)自中國(guó)。

請(qǐng)問開源的切片軟件有更新了嗎？謝謝！