利用旧DVD驱动器DIY一个白菜价的3D打印机

这个点子其实也是从Instructables上得来的，之前我在网站上看到过一个创客用CD盘做了一个数控机床。这些闲置物品在创客手里都焕发了第二春，什么绘画机器人，激光切割机和钻床等等，不过我还暂时没见过有人做3d打印机，至少没有廉价版的。所以我就用旧的DVD驱动器打造了一台白菜价的3D打印机，如果你也感兴趣，就跟我一起来吧。



第一步：准备零部件

我做这个项目其实也是为了废物再利用，毕竟家里老电脑上许多零件如果不用就浪费掉了。除了3D打印笔，其他的都是点废旧部件，相信也不难找到。以下就是我们需要的零部件清单：
1.3个DVD驱动器。
2.3个步进电机驱动器（也很便宜，6美元而已）。
3.PC电源。
4.Arduino Uno开发板（10美元）。
5.3D打印笔（45美元）。
6.螺丝和螺母若干。
7.2块电气箱盖（不是必须，可以用其他东西代替）。
8.烙铁和焊料。
9.热熔胶。
总花费：55美元左右（是不是很便宜）。


      
第二步：拆掉光驱

想拆解光驱其实很简单，不过人们总是忽视掉一些问题，第一个就是拆掉驱动机构的前面板。其实中间有个小技巧，你只需拿个曲别针插进弹出孔就好。拉出托盘后，前面板会折断。搞定后你就可以卸下光驱上的螺丝并取下其金属和塑料的外壳了。


  
现在你就能看到光驱的所有零部件了，包括马达，激光器，LED灯和传动装置等等。里面其实有很多有用的零件，不过在这个项目中，我们主要用的是那块带有步进马达的金属电动托盘（上面有螺杆的那部分）和激光安全罩。我们需要这些零部件是因为它们能给我们提供马达，导轨和外壳，这样我们就能制作一个完美的数控轴。好吧，我们需要断开这些零部件之间的连线然后将它们拆解下来。此外你还可以将托盘上的无刷直流电机拆下来，虽然在这里用不到，但在四轴无人机上它可是重要的零部件。随后，请拆下激光器，玻璃部件和光驱磁头等。另外，请延长步进马达上的线材以备后用。在多数的步进马达上我们都能看到一条连接在主板上的带状电缆，在这里你可以放心剪断它，随后请在接口终端上焊上4条新线（至少6″ 长）。为了防止以后弄混，我还为这些线编了码。搞定了我们准备的三个光驱后就可以进行下一步了。


   
第三步：安装电动托盘

为了给电动托盘找个容身之所，我又拿来了光驱盒。好吧，现在我们就先从Y轴开始吧，Y轴主要负责前进和后退的动作，所以如图请将一个电动托盘平行的安装在光驱盒上，摆好位置后确定其朝向角度是否正确，然后再用主板螺丝将其固定好。


  
X轴的制作则正好与Y轴相反，它要与光驱盒最长的那部分垂直，其他的则可参考Y轴的安装。搞定了X轴和Y轴，我们就可以制作Z轴了，Z轴需要安装在激光安全罩上（X轴），所以我们得找些零件为它做个安装平台，在这里我用主板螺丝支撑起一个电器盖板作为安装平台。此外，在Y轴上我也如法炮制制作了一个安装平台。


   
第四步：制作支架

分别搞定了X、Y和Z轴的制作后就要进行总装了，这里我们要将X和Z轴安装在Y轴上。安装时X轴要和Y轴垂直（看起来像字母L），随后对其进行微调，让Z轴和X轴对齐。最后对三个部分进行整理，保证他们动起来后不会相互碰撞。校准和整理完成后，就可以用螺丝将它们固定住了。在这里我还用了个L型支架来加固，不过其实螺丝的强度应该就足够了。


   
第五步：走线

想要让它们动起来，我们得把线走好，这里你需要准备5个零部件：
·1个Arduino开发板
·3个步进电机驱动器
·1个PC电源



除了这些，你还得多准备点线材和烙铁，焊料等。关于焊接等工作，你可以参考下面链接中的弗里茨示意图（链接），它会告诉你关于连接接口和引脚的所有事。好啦，我们开始这一步的详解吧。


  
Arduino Uno将是这个项目的大脑，它将负责控制所有部件。不过它也不是万能的，在控制步进电机上就出了点问题，想要解决它，我们需要三个“步进电机驱动”。请参考图中将步进电机驱动，电机，Arduino开发板和电源来起来。
在电源这部分我们要稍加注意，因为这种老式电源的线实在过于复杂，你得找好到底哪根线可以输出合适的电压。





在这里我用的是绿色那条线，如果这条线没有接正确，就无法开启电源。我们可以用一根短线来当跳线，将绿线和黑色的地线连起来。想要驱动步进电机驱动器，你得将一根5V的红线黑黑色的底线连接起来。这一步其实挺麻烦，你得将它们分出来并分别连接到3个步进电机驱动器上（可参考上图）。

第六步：改造3D打印笔

3D打印笔上共有三个控制按钮，它们可以控制打印产品的厚度和打印笔的正挤压和负挤压（挤打印材料）等一系列动作，其中最重要的是正挤压的控制，该按钮可以将打印材料挤出来，这也是进行3D打印的关键。



手动控制肯定没有电脑控制精确，所以我们要对3D打印笔的电路进行改造，这样我们就可以用Arduino对其进行精确控制了。随后我们要把3D打印笔拆开并搞定控制正挤压的按钮，下面是拆解的详细步骤：
·卸掉螺丝并拆掉打印笔的后盖。
·断开电源线。
·卸掉上部的固定螺丝并撬下电源接口。
·按下滑动按钮并将其卸下。
·卸下滑动按钮的金属条。
·卸掉丝管支架上的螺丝。
·抬起丝管和主板并将其卸下。
·拆掉喷嘴。


   
拆掉打印笔后，就可以看到控制正挤压的按钮了，它的四个角上分别有四个接口。随后我们要分别进行测试，看看哪两个接口可以顺利控制电机。不过在进行测试之前，我们还得再将喷嘴和电源接口连起来，要不然3D打印笔就无法启动了。当加热按钮变绿之后，将一个1k ohm电阻器的一端搭在一个接口上，另一端搭载另一个上。以此方法分别测试四个接口，若听到挤压电机开始旋转，我们就成功了。找到这两个对的接口后，我们要用一条线将其连接起来。不过在焊接时要注意，因为它实在是太小了，若焊料过多会影响未来的工作。

在将打印笔还原之前，先用1k Ohm的电阻器对其进行测试，在确定它能正常工作而且焊接无缺憾后（可以用热熔胶给它加个双保险），就可以重新将打印笔组装起来了。记得用刀片或者电钻在后盖上开一个洞给线留出空间。
        
第七步：制作一个开关电路

请下载链接中的电路图。

下一步就是制作电路了，通过它我们能用Arduino控制正挤压按钮。这个电路的核心是晶体管，有了它我们才能对电子信号进行放大和开关，其中的开关功能更是我们梦寐以求的。


  
所有的晶体管都有3个引脚，包括基座，集电器和发射器。不过晶体管的类型不同，其引脚的排布方式也不同，所以用之前还是先问一下度娘为好。分清三个引脚扮演的角色后，请将一根按钮线连在集电器上，另一根连在发射器上，在线的问题上不用纠结，怎么连都可以。随后我们要将Arduino开发板和晶体管连起来。首先将地线接上集电器，随后将Arduino的12号引脚连上基座，这样我们的开关就快完成了。记得在12号引脚和基座间加一个电阻器，不过选电阻器时要兼顾到打印笔，下一步中我就会告诉你如何根据打印笔选择合适的电阻器。


  
第八步：怎样确定到底哪个是可以正常工作的电阻呢？

电阻值对保证3D打印笔和晶体管的正常运行很重要，想选出合适的电阻你可以参考下面几个建议。首先，将打印笔连上集电器和发射器，随后将Arduino的地线接口连上集电器。之后我们就可以开始测试了，但千万不要打开Arduino。打印笔开机后，请用线将基座和Arduino的地线接口连接起来。如果它能打开打印笔的开关，就说明电阻值有些低。这时我们就要增加电阻。开始时请使用1k Ohm的电阻，如果不行就换成10k Ohm的，如果开关依然会打开，就继续增加电阻值，直到开关不再自动打开。



测试结束后我们就能搞清接地线时需要多大电阻了，下一步我们还要给它通电，找出此时多大电阻才能阻止开关打开。将刚刚测试好的电阻连在Arduino的5V接口上，然后打开Arduino。如果开关未能开启，说明此时电阻有些高，所以我们要一步步减小电阻。将电阻降到47k Ohm时，开关依旧没打开，随后我又将电阻降到22k Ohm，功夫不负有心人，终于成功了。所以22k Ohm就是我们要找的那个电阻值。

第九步：安装3D打印笔

制作好开关电路后，我们就可以进行总装了。此时我们要将3D打印笔装在Z轴上，为了保持打印笔的稳定，我用衣服夹和热熔胶将它紧紧固定住。



第十步：相关软件

进行完以上的步骤后，我们硬件部分的制作就顺利完成了，剩下的就是驱动软件了。驱动我们的数控机床的编程语言名为G-Code，它会精确的计算出X,Y和Z轴需要移动的角度和距离。当然，靠Arduino来解读G-Code代码可能会有些吃力，所以我们还要安装一个名为GRBL的解译程序。下面就是在Arduino上安装该程序的详细步骤：
·下载Arduino专用的GRBL Hex文档（我用的是0.8c版，我的Arduino Uno型号为Atmega328）。
·下载XLoader软件。
·将Arduino连上你的PC。
·在Xloader软件上选择GRBL Hex文档，在下拉式菜单中选择Arduino，随后选择连接Arduino的串行通讯端口。
·点击“上传”将GRBL软件上传至Arduino。
装好了辅助软件的Arduino就一切准备就绪了，不过我们还得给它添加一些软件以便控制数控机床的动作。这里我们要使用的软件名为GRBL控制器，下载安装后请在其中选择你的Arduino接口并点击“打开”来连接。











     
确保你的3D打印笔和电源都能正常工作，并将Arduino连上电脑。随后你就可以用屏幕右下角的箭头来控制电机了。注意，右下角的下拉框请设定为1，而不是默认的10。如果某一个轴的平台在运行中出错（运行方向与命令相反），请进入工具>选项，将原本设定颠倒过来。在打印笔的控制上，我们需要勾选“启动主轴”的选项，这一步可以控制打印笔的开关。另外，软件左边的控制区域则可通过一些代码来进行控制操作，“M3”代表开启打印笔，“M5”则代表关闭打印笔。这些代码一定要记清楚。

第十一步：打印测试

搞定了软件，我们就离胜利又近了一步。现在你可以在MakerCam.com上为打印机制作测试图了。你也可以使用类似Slic3r的3D打印软件，不过它与我们机器的兼容性不好，后期转制和编辑太费劲。而在MakerCam上就不会出现这种问题，你可以通过下面几步制作出自己的测试图：
·点击“插入”按钮并选择一个图形当作基本图像。
·使用左上角工具栏中的箭头工具来选中整个图像。
·将其移动到左下角的网格中。
·你可以通过工具栏中的手形工具对图片进行相应修改，随后再将其拖回屏幕中央。
·通过页面右上角的工具，你可将图片尺寸精确到厘米级。
·进入“编辑>比例选择”，你可对其进行比例修改，让其符合我们的打印规格。
·随后，进入“相机>跟随路径操作”，并使用下列数值进行打印测试：
·“目标深度”就是你打印物体的高度，在这里我的数值为-1。
·“安全高度”和“曲面余量”则可设定为0.
·“逐步降低”则代表打印材料每层的高度。对于初学者来说，我推荐将数值设定为0.2，不过如果你想打印的薄一点，可以降低这一数值。
·“进给速率”则代表了打印的速度。我将其设定为50，此时打印笔的挤压速度最低。
·“下刀速率”则代表了喷嘴上下移动的速度。这点其实不怎么重要，不过我还是把它设定为50。
·随后进入“凸轮>计算选择”来计算路径。
·最后，进入“凸轮>输出Gcode”来保存你制作图像的G-Code。



在通过GRBL控制器对Gcode进行转码之前，我们还需要做些设置，以便它能兼容我们的3D打印机。现在，我们在文本编辑器（如Notepad等）中打开之前在makercam.com上保存的文档，这时你会看到一堆“天书”，这就是G-Code代码，这些代码随后会发送到Arduino成为一项项指令。我们需要将“M3”和“M5” 指令添加进去，以便更好的控制3D打印笔的打印动作。下面是添加指令的详细步骤：
·“G17”之下是第一个“M3”指令。不过这时开始打印有点早了，所以还是将“M3”指令写在“F50”指令后吧。
·在下面的代码中，每次看到“F50”，请在其下一行中加入“M3”指令。
·下一步我们要做的就是寻找“Z0”指令，它会将喷嘴设定为0毫米，这样一来喷嘴就直接和打印底座亲嘴了。所以每次见到“Z0”指令，请直接将其删除，随后用“M5”指令替代它。
·在最后的“M5”指令后，我们应该让Z轴回到初始位置。因为之前我将打印高度设为-1，所以在最后Z轴高度应设为-2.
·在设定完Z轴高度后，我们需要让X轴和Y轴也在打印结束后回到它们的初始位置。请在Z轴的代码下输入“G0 X0 Y0” 来完成这一指令。
·保存代码后就可以开始打印了。


  
第十二步：开始享受3D打印

最后一步相当简单。只要将Z轴上的3D打印笔移动到Y轴平台上就行（中间要留有空隙）。随后做下打印前的最后检查，确保电源开启，Arduino连上电脑，打印笔开始加热。接着打开GRBL控制器软件并连上开发板。在屏幕上点击”选择文件”按钮，随后就可以选择你想要打印的文件了。最后，点击“开始”按钮，然后就可以期待你自己的3D打印大作了。


  
赶紧去试试吧！