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結合3D列印,修東西更方便

 


  在我們生活中常常遇到各式各樣的東西裂開、破掉之類的狀況,就像我之前維修過的時鐘一樣,許多人遇上塑膠鎖耳斷掉幾乎都是直接把東西丟了。丟掉也在所難免,因為有些塑膠零件用強力膠固定之後,過沒多久又會再次裂開,而這時候我們就可以結合3D列印,去補強原有破損、斷裂的部分,讓它起死回生。

  以下面這張圖的例子來說,它是一個工廠控制面板蓋子的鎖扣,因為長期過度用力去扳動的關係,讓它內部四角形的內圈都裂開了,導致怎麼轉都會滑脫沒辦法帶動內部那個金屬的四角形結構。


  之前我一定會使用快乾黏一黏然後就繼續回去使用,但問題在於這個旋鈕本身設計的問題(也可以說同事太粗暴),在塑膠的內四角部分並沒有做的太厚,所以以我的經驗來說,快乾怎麼黏都很難比起原有的塑膠射出來的強,所以就算黏回去好了,再次裂開只是遲早的事情。
  因此,我使用了3D印表機並使用PETG的線材,列印了一個圓圈套環(花不到十分鐘),並且再
把裂開的塑膠以快乾黏回去後套在上面,並且在上一圈快乾作為補強。如此一來在旋鈕旋轉的過程中,那個套環可以確保足夠的向內支撐力,使的這個塑膠零件不會再次裂開


  確實我也使用實物測繪,繪製了一個旋鈕並列印出來(這是我的方案B),但問題是3D列印的東西真的很難比原有的好看,光固化的話強度不足(強的光固化材料又很貴XD),所以我覺得塑膠零件若有破裂或斷掉的情況,我多半會選擇原有的零件進行修復為優先選擇。


  這讓我想到我在2016年4月20維修的塑膠盒子,這就很類似於這樣的道理,這種塑膠盒如果要印的跟原本的一樣漂亮的話,多半要使用到工業用的光固化機台(2016年家庭用的光固化好像也還不普及.....),因此我也是簡單的印了一個L型零件,作為塑膠卡扣的補強,也是一樣只花了少少的零件與時間就維修好了。


  很多時候東西壞掉真的不用想要"整個重新製作",試著用一些方法把原有的東西黏貼與固定,總會找到辦法的(如果是被車輾碎另當別論)。這讓我想到我在工地現場上班時,聽到老師傅說的一句話至今仍言猶在耳,他說:「沒有沒有辦法的啦」,我想這就是學徒跟老師傅最大的差異吧,在他們眼裡彷彿甚麼事情都有辦法解決,我想這就是所謂經驗、智慧、技術的累積吧。

用3D印表機做一個Apple AirTag的束帶固定座

 



  AirTag是一個蘋果公司所推出的物品追蹤器,相信在網路上已經有相當多關於這項產品的測試與介紹。而我在最近買了一台輕型的電動機車,聽同事說這種交通工具因為沒掛牌又沒烙碼的關係(而且很輕),所以蠻容易被偷走的。被同事這麼一說讓我不禁緊張了起來,因此決定買AirTag來裝置在我的電動機車上面做為物品追蹤

  AirTag本體其實就像一個圍棋的棋子一樣,必須使用東西去固定它(我覺得蘋果沒有預留鑰匙孔根本是跟配件商串通XD)。但是市售常見的鑰匙圈並不太適合固定在我的電動機車上,主要是因為我希望能固定在接近車台骨架的位置,如果直接放在車廂內,搞不好被發現後就被丟掉了。因此我決定自行設計一個AirTag的固定架,主要概念是能透過束帶固定就好,不需要用螺絲之類的去固定,而且束帶固定在使用上的彈性也蠻好的,可以裝置在很多地方,如車子、機車、腳踏車等。

  一開始我先在Printables上找到了Apple AirTag Model from Official Apple Measurements這個檔案,我透過這個AirTag的模型檔可以很方便的描繪我的固定座內部需要刪減的尺寸。然後設計了六個對角的束帶固定口,不特別設計螺絲孔,就單純透過束帶固定就好。根據Apple官方給的數據,它達具備防潑抗水與防塵功能,達到 IEC 60529 標準的 IP67 等級,基本上也不用做什麼密閉的外殼了。(除非是要綁的是水上摩托車XD)



  我使用PETG列印確保其固定座的強度,然後在組裝的時候我在內部貼上一小塊稍有厚度的泡棉雙面膠做為緩衝,可以讓固定的效果更好。唯一美中不足的地方是那個Apple的Logo簡直是敗筆,因為那樣做底面印起來根本不好看,之後版本直接去掉做平的就好。


  因為使用標準尺寸去描繪,所以印出來可說是非常的吻合,夾起來之後就像漢堡一樣。反正這個固定座外觀沒差,因此我就不印新的直接以這個裝上我的電動機車了。


  然後接著就是在電動機車上找一個固定的地方了,我把坐墊的馬桶拆開來之後,旁邊有一個很不錯的固定面(平面),因此我在該平面貼了一小塊泡棉膠並用束帶綁緊。


  在我繪製中我沒有想到的是,我做成類似星型的外殼還有一個好處,如果束帶孔的角度不對或不好固定,也可以直接綁外面(如果做正圓形就不好綁了),這算是事後發現誤打誤撞的一個方便設計。


  雖然說這樣固定應該是萬無一失了,但是萬一小偷今天也拿iPhone,然後在偷騎的時候被它發現然後拆掉(AirTag有反跟蹤的功能),這可能也無解了,就當作是多了一層保障吧。

  對這個作品有興趣的,我已經放到Printables,歡迎下載。

3D列印零件公差總是抓不準? 使用最小可行性驗證加速設計流程

 



  在使用3D印表機設計一些產品的時候,常常會遇到裝配相關的問題,無論是埋入線性軸承、滾珠軸承、鎖螺絲釘、埋入六角螺帽、塞入光軸、埋入磁鐵等,這些問題都會遇到所謂的公差問題。縱使我們在先前使用了多少的測試去教準機台,但往往印出來的結果就是會有這麼"一點點"的誤差,但對於動則數小時的大型組合件,這麼一點點的誤差就得丟掉整個零件簡直勞神傷財。

  其實也不能怪3D印表機不夠精準,而是影響公差的成因實在太多太廣,無論是線材、尺寸(小尺寸公差準不代表大尺寸就準)、方向、層厚、填充等都會影響後面實際的公差。因此當我在設計組合件相關的物品時,我都會使用最簡可行產品的概念(minimum viable product, MVP)。根據維基百科的解釋定義,其概念是是指:有部份機能,恰好可以讓設計者表達其核心設計概念的產品。設計者可以進行驗證式學習,根據使用者的回饋,進一步了解使用情形,並且繼續開發此產品。」

  當我把這個概念延伸到3D列印之後,就是:「僅列印重點組合部位,恰好可以表達其組合部分,設計者可以進行實際組合驗證,並根據實際的公差回饋,進一步修正產品尺寸。」
  這有點像商管常使用的戴明循環(Plan-Do-Check-Act),我可以改寫成(Design-Print-Measure-Resize),透過這樣的循環驗證可以很快地找到最終的最佳組合公差。

  舉例像封面那張在MK3S印表機上所使用的x-end-motor零件,小小一個零件內會涉及到六角螺母埋入、螺桿螺母裝配、光軸裝配與線性軸承裝配的四大公差問題,我曾經花了5個小時印完之後,實際裝配發現光軸組合部分過於鬆動,整個零件就這樣沒辦法使用了。

  因此我們可以在PrusaSlicer的切片軟體內,使用Negative volume的功能去縮短列印時間,加速驗證流程,如封面的圖片我塞入兩個負模型進行差集(可以把它想像成刪除的意思),僅留下需要被公差驗證的最小部位。而切片後軟體會直接排除我們插入負模型的部位。當然如果你的模型不是這麼容易透過幾個方塊去刪除,你也可以在繪圖軟體內直接編輯,僅留下最小的組合部位進行列印測試。


  透過最小可行性驗證的概念,我可以縮短相當多的時間在裝配件的測試上,雖然多印一個零件看似浪費時間,但是實際上這樣卻能節省相當多的物料與時間,因為如同我上述所說的,一個光軸部分變成鬆配合就浪費了我五個小時的時間。

  在最後要記得的是,在進行驗證時你必須要用與最終列印相同的參數,不管是層高、繞圈圈數、列印溫度、列印速度、填充密度、填充形式、使用的線材等等,都盡可能確保與你到時候實際列印參數相同,透過固定參數才能有效地抓出最好的公差。

3D列印用於食品器具上安全嗎?

 


  3D列印因為它的彈性製造特性,一直以來使用在各式各樣的場合,如靜/動態模型、機構驗證、產品打樣等,而一直以來有一個問題是大家常常會問到的,那就是「3D列印的東西能用在食物容器/器具上嗎?

  在模型網站上我們常會看到印出來的馬克杯、盤子等容器,但是這樣子的東西真的適合實際使用嗎?關於這個問題我會從一些參考到的文獻著手,並帶入我自身的觀點一一講解。


使用3D列印用於食品器材,有甚麼樣的隱憂?

  1. 在我們購買的材料中,我想大部分的材料並沒有通過食物的驗證,而且在製造的過程中多半都有添加色母染色,或是加入一些添加劑有助於抽線。即使我們並非直接食入,但是我們不能確保在盛裝食物的過程中,會有細屑或粉末沾在食物上面的隱憂,進而食入人體。就算其抽線原料有通過驗證,但是接著又會有另外一個問題產生,那就是積層製造中無可避免的層紋問題。

  2. 積層製造,顧名思義就有個字,這個問題導致於當使用列印的物品當作食品器具後,食物的殘渣不免會卡在層紋的縫隙之間(想想你的牙縫就好),這種卡進去的殘渣你非常的難以清潔,就算要深層清潔可能也需要耗用大量的水以及清潔劑。而這些卡在層紋之間的食品殘渣,在後面就會成為細菌的溫床。



  3. 一般3D印表機最常使用銅噴頭為了方便加工,可能在銅原料中多少含有鉛的成分在(為了提升切削性),而你可能會認為說噴頭是金屬,但其實他也是一個消耗品,在HOW MUCH abrasive filaments damage your nozzle!這部影片中有提到,銅本身算是蠻軟的一種金屬,在長期的磨耗下其實頭端的孔徑也會變大,而那些不見的銅去哪了? 就是跟著您的材料一起被包進作品中。因此就算使用了食品級的線材,當你的食物沾染到含有銅/鉛材質的列印容器,進而間接食入該物質,我都不認為這是一件好事


  4. 我猜你是不是有想到,如果難以清洗,那我就用洗碗機高溫殺菌不就好了? 但問題在於你無論是PLA或PETG(這兩種"材質"比較適合用在食品容器,ABS或ASA都不是適合的),其軟化溫度都大概在60~80度之間而已,一般常見的洗碗機溫度大約55~70度,很有可能當你的容器烘完之後都完全變形了

那麼竟然有這麼多隱憂,那我還是真的很想用來做食品應用,我該注意甚麼?

  在About food safe 3D printing影片中,進行了大量嚴謹的實驗,利用PLA與PETG兩種材料,針對不同的層高,以及帶有食品等級環氧樹脂的塗層進行實驗,觀察盛裝牛奶並清洗後容器內取樣後生成的菌落形成單位(CFU,colony-forming unit)。在影片的結論中,無論是PLA或PETG都有相當多的殘留菌?(抱歉我非生物/化學專業不知道該怎麼使用這個措辭),而最理想的做法就是在容器上塗抹食品級的epoxy,因為這個塗層一來可以建立防水,避免食物、液體滲入內部填充,再者這個塗層可以抹平表面的層紋,進一步避免食物殘渣卡在層紋上,同時達到較好的清洗效果。
  但是epoxy塗層畢竟是樹脂,它本身的硬度並沒有相當的好,因此對於尖銳物跟刀具的使用場景,仍然會在表面上出現傷痕,而如果使用菜瓜布等較硬的清潔器具,可能也會對表面產生刮痕。

  除了塗抹
食品級的epoxy之外,在上述影片中的作者,後續還有對於所謂的抗菌線材進行實驗Testing antibacterial and antimicrobial filaments from food safety aspect,實驗結果的CUF雖然比起單純使用一般的PLA來的低很多,但是可是就算你使用百分百填充,一定還是會有孔隙,印出來的東西還是難以清洗,而且食品抗菌線材價格並不低,去外面商店買一個漏斗、馬克杯、柳丁榨汁器才多少錢


  所以根據上面的論點,如果今天使用塗抹食品級epoxy的器皿來裝一些乾的食物(如餅乾),可能還無傷大雅,但是若用在一些帶有蛋白質成分的食物上(牛奶、肉製品等),則會導致相當不好的結果。如果還是很想使用,我認為或許可以採用翻模的方式,印出該食品器具的造型後再進行翻模,選用可用於食品上的灌模材料,可能還是比較理想的做法。

  不過說真的,在這麼多綜合考慮/隱憂上,我認為還是不要冒這個風險比較好,如果真的要把3D列印的東西用在你的廚房,我覺得印一些如雞蛋放置架、鍋碗瓢盆的掛架等真的就差不多了,而且食品器具一般單價都不高,其實沒必要再花那個時間又帶有健康疑慮的去製作3D列印的食品器具。

  我想就是因為有這麼多隱憂,所以在Prusa的文章Food safe FDM printing才會在結尾處清楚地寫下,「We do not recommend using 3d-prints as food-containers etc!-Prusa research」。在我看了一些資料後,我個人也是有一樣的看法。


  然後我最近還看到有人問,竟然FDM印出來的有層紋,那我能不能使用光固化來印?因為光固化幾乎沒有層紋!!
  說真的光固化我認為更不用想了,姑且不論光固化材料的價格本身可能就比外面市售的塑膠製品來的貴,更不用說帶有生物相容性認證的樹脂,那價格絕對會讓你退避三舍。而且一般的光固化材質其實比PLA或PETG更容易磨損,而且磨完之後還會變成粉粉的(方便食用!?),再者我們並不能保證我們在清洗的過程中,有把未完全固化的樹脂給清洗乾淨,未固化的樹脂本身是有毒性的,更不用說食入人體了。所以,請不要這樣做

3D列印中如何隱藏表面產生的拉鍊(Seam)的問題?

 


  在使用3D印表機的過程中,接縫(Seam)這個東西是幾乎無法避免的事情。從Prusa官方文章中對於Seam position的解釋中有提到(Determines the start point of each perimeter loop, and thus the position of the potentially visible vertical seam on the side of the object.),這意味著除了花瓶模式之外,只要是一層一層疊上去的列印方式,勢必會有接縫的問題產生,這是由於在外圍繞圈(External perimeters)的過程中,一定要做一個收尾的動作,當移動到下一個位置時擠出機執行回抽,或多或少都還是會有一些殘存的壓力,導致噴頭的料或多或少的留在了該位置,從而形成了接縫。
  這意思有點像你拿一支鉛筆在紙上畫一個圈,在怎麼樣厲害你都很難避免會留下一個下筆/提筆的點,在擠出機上其實也是差不多的意思,而這個留下來的點,就會造成物件外觀有一連串的問題產生。


  從下圖我們可以看到,白色點點的部分就是所謂的接縫的位置,也就是在列印的過程中執行斷點的位置。以左邊的白色甜甜圈型的物件來說,內圈與外圈都有接縫的位置產生,那是因為他們是各自獨立的繞圈(Perimeters),而每一個獨立的繞圈,就勢必會有接縫的產生。

  但接縫就接縫,它會對我們的物件造成什麼樣的影響嗎?其實對於大多數的人來說,最在意的就是接縫位置對於工件的外觀會有很大的影響,有時候如果嚴重一點的接縫,會讓印出來的物件表面好像長了一點一點的青春痘一樣(接縫很明顯的話可能是料的溫度設定過高,或是擠出機回抽不足)。


  但其實接縫位置不只對於外觀有所影響,在公差設計上也會產生問題。為甚麼這麼說呢? 我舉在FDM印表機校準中常使用到的負公差測試為例,這是一個很經典的測試範例,利用圓柱與外圈之間的各種公差(大概都是0.1~0.5mm之間),去測試拔出圓柱的順暢度是過緊或過鬆,這有利於在後續繪圖時知道要塞入軸承、圓棒之類的配合件時,知道大概要預留多少的公差(因為3D印表機變因太多,機型也成千上萬種,所以每台機器可能都有自己的公差)。
  眼尖的您應該能發現,此時接縫的位置就會對於公差測試產生一個嚴重的影響,因為接縫是繞圈不可避免的問題,因此在每一個圓柱體上,分別在每一層都留下了接縫,這個接縫很有可能產生一連串的凸點,而這個凸點又對於公差測試產生了不良的影響


  那我們該怎麼辦? 難道我們就任由接縫這樣隨處生成嗎? 我由Prusa官方推出的Design Principles for 3D Printed Parts裡面教到的知識來跟大家分享。在講師在Printables有發布一個公差測試的模型Clearance Tolerance Test,這個模型可以讓我們進行公差測試,而透過一個簡單的設定我們可以迴避掉接縫對於公差測試造成的負面影響。(同理也可以用在您設計的配合件上)


  在PrusaSlicer中有一項很方便的功能叫Seam painting,這項功能能讓我們在切片軟體中,指定要生成接縫的位置,從下圖可以看到我把接縫的位置都盡可能地放在尖端外頭,也就是非公差測試的主要位置。透過這項設定我可以避免再內部的圓柱中有接縫的產生,而導致在公差測試上有所偏誤。


  而這項功能對於列印外觀件的人來說也相當好用,舉例上面的摩艾模型,我可以把接縫位置一律藏在它的背面,雖然印出來會在後面產生一條明顯的接縫,但是這種自定義的接縫在後處理時是相當的方便,雖然在切片軟體內本身就有Seam position的功能能設定接縫位置,但是透過筆刷自己設定接縫位置我覺得更加方便與靈活許多。


  接縫是在FDM這種積層製造方法中難以避免的一項問題,而透過切片軟體的巧妙設置,我們能把這項問題所造成的傷害盡可能的減小、隱藏,以達到隱惡揚善的效果。

新的沐浴乳瓶蓋老是轉不開? 從構造解析該怎麼做(How to open a lotion pump bottle?)

 


  沐浴乳/洗髮精/乳液瓶是生活中每個人每一天幾乎都會碰上的東西。它的結構及原理,可以在網路上搜尋lotion pump principle找到相當多的圖面與資料(於是我就懶得畫了XD)。

  但是我今天要說的不是原理,而是我們一定都有遇過,買了新的這種按壓罐後,上面的壓頭轉不開的窘境,壓頭(Pump head)就跟著下面那個鎖蓋(Locking cap)一直這樣轉阿轉的,就是無法旋開壓頭。今天我就要來拆解並了解該怎麼做比較好,同時解答第二個問題,為甚麼不斷抽送乳液的過程中,瓶身不會因為負壓而扁掉?



  首先我要反過來回答第二個問題,在我拆解了常見的按壓瓶頭之後,發現在泵體(影片多稱呼為Pump body或Chamber)的部分有一個孔洞(紅圈圈起來處),你可以從拆解的分解照片上看到,這個孔洞相對於活塞(Pump plug)來說是在外側的,也因此通過這個孔洞,當乳液向上抽時瓶身會產生負壓,而此時空氣會經由這兩個小孔洞補充進瓶身,如此一來達到壓力平衡的效果,而這個孔洞我發覺鮮少在原理圖中有繪製出來。
  同時這也解釋了為甚麼當內部的液體還很滿的時候,倒過來平放會使乳液或內容物從上泵柱稍微滲出,所以壓頭之所以在商品架上時要鎖起來,除了避免消費者誤按,另外一方面也避免了滲出的問題產生。


  而接者回答第一個問題,該怎麼解決壓頭跟鎖蓋老是一起轉動的問題?我們可以學這位生活智慧王的方法How to open a stuck lotion pump bottle / lifehack!,在鎖蓋(Locking cap)上面綁些橡皮筋增加阻力,不過我覺得我們遇到這個情況時,大多都是在浴室裡脫光光頭髮也淋濕了,要去哪裡找橡皮筋。

  因此我單獨觀察泵體鎖蓋,這兩個是單純透過兩個凸槽壓入固定的(同時也起到固定瓶蓋的用途),因此當我個人遇到轉不開的問題時,我會先把壓頭用力下壓+稍微左右旋轉,這麼做可以讓壓頭跟泵體之間更緊一些(也就是讓藍色箭頭與紅圈的那些塑膠片咬得更緊),然後在壓著的情況下逆時針旋轉壓頭,此時應該就能順利打開了,如果再打不開就丟了(誤)。


  當你看懂它的結構之後大概就能了解,想要拿美工刀割開PP材質的鎖蓋跟壓頭之間的連結是不可能的(你割開壓頭也廢了,不過在那之前你手指應該會先見血....)。透過下壓讓壓頭更加牢固在白色的泵體上,然後右手下壓+逆時針旋轉,左手有必要時可以在夾住鎖蓋(增加牢固性),這樣就會大大提升拆開的機會了。

3D印表機的線寬校準流程 讓印出來的東西更精準


  線寬校準,這個問題一直是3D印表機校正中相當多人困惑的一點,而這一點也是影響精準度與外觀至關重要的環節。理論上來說擠出機計算出來的擠出量,應該要等同於列印出來的線寬,但是實際上會因為擠出機齒輪的誤差、噴頭的磨損、線材的公差等等多種關係,導致實際印出來的線寬並不等於軟體設定。
  倘若以簡單的角度來解釋,校準的目的就是為了確保在擠出機擠出來的線條寬度,必須要盡量與切片軟體內設定的寬度一致,從而得到精準的幾何精度與表面的完整性,算是一種手動補償的動作。在進行任何方塊、圓塔的尺寸測試之前,我認為線寬校準這是優先要執行的步驟,從而確保擠出量的正確。


  而微調擠出線寬的參數,在PrusaSlicer這套切片軟體中主要是在Filament Settings→Filament→Extrusion multiplier這一項參數進行調整,透過這項參數可以微調擠出機的擠出流量倍率(記住是微調,差太多的話一定是哪裡出問題了!),基本上該數值的調整會介於0.9~1.1之間(也就是原擠出流量的±10%之間調整),這項參數在Cura這套切片軟體裡面,似乎是在耗材→流量(flow)這個項目。
  在Prusa mk3s這台印表機的操作螢幕上也有一個流量的調整,跟切片軟體內的作用相同,而這兩者的關係在官方的介紹是:(Total flow rate = Flow multiplier in firmware (M221) x Extrusion multiplier in PrusaSlicer.),而建議大家機器或切片內選擇一邊調整就好,兩邊都調很有可能會讓自己亂掉

  在PrusaSlicer內預設的線寬設定如下,先前有提過線寬校準就是要讓印出來的線寬與參數相同。一般來說正確的校準方法是列印一個單圈薄壁(無填充)的正方形進行量測。


  製作校準的方塊蠻容易的,並不需要使用到繪圖軟體,在PrusaSlicer可以直接插入一個方塊(Add shape→Box),然後將填充設定為0%;繞圈設定為1圈(Perimeters);封頂設定為0層(Solid layers→Top)。透過這樣簡單的設定,在切片後就會直接產生一個單層繞圈的校準方塊了。(其它線材溫度等參數建議使用你原本就在用的,以達到控制變因的目的。)
  在下圖中的白線是Seam的位置(在換層時回抽的位置),這個Seam回抽有時候會導致表面有凸出來的顆粒,這也是3D印表機一定會存在且難以避免的問題,而PrusaSlicer預設的Seam position是Nearest (edge),因此會自動在正方型的角落處換層,如此一來不會因為表面有凸出來的顆粒而影響實際量測出來的線寬。(我發現這點很多人沒有注意到)


  列印後我們可以用游標卡尺量測四邊的寬度(如本文的封面圖片),然後進行平均後在對Extrusion multiplier這一項參數進行補償。根據Prusa官方的定義公式如下:

Extrusion multiplier = (Extrusion width (0.45) / Average measured wall thickness).


  例如我量出來的四邊厚度分別為0.43、0.45、0.44、0.44mm,那麼可以得到我的平均線寬為0.44mm,因此我將切片軟體內的線寬0.45mm除以量測後平均的0.44mm,可以得到應設定的補償係數(Extrusion multiplier)為1.0227(軟體內可以輸入到小數點後4位)。如此一來在進行一次列印,應該就可以得到平均為0.45mm的寬度了(因為擠出量增加了),而以上就是線寬校準的流程。


  校準完之後可以再列印一個方塊,然後量量看尺寸是否精確(理論上應該會很準),這邊要注意的是在列印校準之類的方塊、物件時,請確保熱床已經冷卻到大概40度以下在取下工件,原因是在熱床還高溫的情況下,移除工件可能會導致些微變形,而對變形後的工件進行量測校準就沒有任何意義了,這是一個需要注意的小細節


  對印出來的方塊進行量測,約莫跟模型的20mm一致,基本上能達到0.1mm的精密度已經很好了,不要對這種家用型的3D印表機抱持著要達到"條"(0.01mm)這種精度的想法,因為印表機列印出來的物件受到太多的變因影響。


  而如果您列印的多半非配合件,只是"好看的"物件的話,可以用比較簡單的方法來校準,試試看官方提供的第二個方法,目視法(Visual Method),列印一個方塊並觀察封頂的狀況,如果線與線之間有間隙可以稍微調高補償參數1~2%之間,如果太滿則減少1~2%,如此慢慢調整,大概就能找到不錯的數值了。


  在寫這個文章的時候突然看到我在2015年也有寫過類似的文章(如何調整3D印表機擠出量),那時候忘記先做線寬校準就直接列印測試尺寸的方塊,是一個不太好的步驟,而且比起來現在的機器精度以及切片軟體實在都方便與人性化許多,之前還利用調整擠出機的E/step來調整流量(其實道理也差不多,但很容易造成誤會)。
  如果對於列印出來的尺寸、封頂的表面一直有很大的問題,不彷試試看先進行線寬校準,或許會得到不錯的解決成果。或者是檢查一下你是不是使用低價粗糙的線材進行列印,不精準的線材也會導致線寬不準,關於這個問題可以參考我的這篇文章(3D列印的尺寸一直不精準? 你該注意線材直徑公差的影響)。

拆解噴霧消毒槍的構造(內含微型空壓機?)

 

  時間一晃眼過去,COVID-19的疫情也已經延燒了將近快三年的時間,而最近剛好在台灣疫情的高峰階段,因此最好的做法就是盡可能做好防護,並保持平常心。

  也因為疫情的關係,這個消毒槍最近還算蠻火紅的,因為比起用手動的噴槍來說,這種霧化的效果更好,同時也不用一直用手按壓,蠻適合一些營業場所使用的。而我基於好奇心,在第一時間拿到後我就決定把它拆解,看看它到底是透過甚麼原理去運作的。


  拆開後其實我蠻驚訝的(把螺絲全部卸下就能打開,沒有特別的卡榫),因為整個消毒槍拿起來其實不輕,結果原來是它的外殼就佔了不少的重量(真的蠻厚實的),而內部主要由4個部件所組成,分別是一顆鋰電池(應該是14500的規格)、充電兼控制板、空壓馬達、噴霧頭總成。


首先是控制板的部分,沒甚麼好看的其實(因為我不是電子本科所以也分析不了什麼),而唯一一顆的控制按鈕就是在LOW、HIGH以及關閉這之間切換而已,也沒甚麼特別之處,有些高檔的消毒槍好像有多一個開關可以切斷電源,避免誤觸。



  在噴頭的部分挺有意思的(噴頭等等再說),因為很多人會稱呼為這是紫外線消毒槍,但是真正在殺菌的燈光波段大多落於UVC的階段(約100~280nm),在這裡有個問題是UVC的燈珠目前而言價格仍相當高昂,同時紫外線殺菌不可能這樣短短幾秒掃過去就有殺菌的功能(如果是這樣,那飯店消毒就不需要花費一堆酒精或消毒水了,直接拿個燈在房間內照一段時間就好了)。
  因此這種幾百元的消毒槍說真的,大概就只是藍光LED而已,好處是在噴霧時搭配上藍光,一整個很有消毒的儀式感XD?


  我覺得這個消毒槍比較重要的部分還是噴頭的部分,我本來以為它是單純把加壓空氣送入下方的液體瓶之後,然後通過噴頭而達成霧化。然而它在噴頭的部分是分成兩路的結構,一條是液體從瓶身透過壓力輸出,而下圖紅圈處的部分則是另一路會送出加壓空氣,混合後噴出使得霧化的效果更好


  而那個馬達就很有意思了,我真的想不到有這麼小的空壓機,下圖的三個活塞是一體成形的一個膜片,然後右邊那個應該是單向閥的結構,三個活塞室往復壓縮達成輸出壓縮空氣的目的,這是類似於汽車冷氣壓縮機的柱塞泵結構轉化而來的。


  在柱塞泵的後方長成這樣,馬達軸接有一個偏心輪帶動右側白色的三角柱塞泵,雖然柱塞泵的容積不大,但是實際運轉時馬達轉速蠻高的,所以還是會有一定的壓力輸出。只是這種設計的使用壽命能多久我就不太知道了,會不會用沒多久膜片就破裂故障呢?(後面想想這種馬達大量應用在許多微型空壓場合,應該是經過蠻長時間的驗證了,我想不會有問題才是)


  在運作過程能看到膜片快速的運作,以達成往復壓縮的目的,這種馬達似乎常用於血壓計/打氣泵(養魚的那種)或打氣機馬達,也難怪能把消毒槍的價格壓的這麼低,因為這算是大量製造的標準品了。


  透過拆解可以看到整個消毒槍的內部構造並不複雜,而且通過加壓的方式可以將各式各樣的液體霧化。不過也因為霧化的關係,就需要注意使用的消毒液是哪一種的,最近有一部電影叫做空氣殺人,就是在敘說廠商使用了錯誤的殺菌劑,使得相當多的國民吸入導致肺部受損(本來是為了殺菌的,反而造成身體傷害)。

  我個人目前是單純使用酒精而已(因為我想說都能喝了應該不會吸到受傷XD),不過需要注意的是千萬不要碰上高熱、火源或是有火花之處,以免造成燃燒爆炸的問題,因為消毒槍噴出來的粒徑確實比較細緻,霧化的效果也比手壓式的噴瓶更好,所以需要多加留意。

  最後還是希望疫情趕快過去,大家就不用過著這樣整天人心惶惶、包的緊緊又整天消毒來消毒去的日子了。

3D列印的尺寸一直不精準? 你該注意線材直徑公差的影響

 

  在大多數FFF形式的3D印表機中,所使用的線材多半是直徑1.75mm的線材。許多人在列印自己的作品前或是剛獲得一台印表機時,往往會花費大量的時間去調整公差,印XYZ的測試方塊也好、調整印出來的線寬也好,不斷的調整不同的切片參數。就像下面的照片一樣,當時我不斷地在測試要讓印出來的尺寸跟繪製的一模一樣。但後來才發現,我花了大量的時間去調整機器,卻忘了我喂它吃的線材,到底品質好不好.....


  品質好不好? 反正不就能從噴頭擠出線出來就好嗎?其實事實上線材的品質對於作品的影響非同小可。(若是不重要的話,Prusa的創辦人沒必要花大把銀子去創建自己的線材製造工廠,只為了把直徑公差從常見的±0.05 mm降到±0.02 mm的精度)。而在Filament Tolerances對於這篇文章中,對於線徑的誤差有做一些探討,說明了線徑公差對於列印作品外觀的影響。


  每一個Prusament在出廠的盒子上都會有一組QR code可以掃描,它會秀出如本文開頭的照片那樣的數據,顯示這個線材在製造的過程中的直徑測量曲線圖,不像有些廉價的線材用游標卡尺量出來1.75mm的照片,就號稱自己高精度(壞掉的時鐘,一天也會對兩次)。
  Prusament在線材製造的過程中,每秒採樣4700次進行直徑的紀錄並出曲線紀錄圖,並且還有直徑的標準差可以依循,並將其標準控制在±0.02 mm以內,我認為這才是真正的線材品管,而不是拿個游標就說自己的線有多準,整卷都要這麼準才是真的。(最誇張的是±0.02mm是他們的品管"極限",我拿到的這捲材料上下限是±0.009mm,相當於一條以內.....)

  說了這麼多,線材的直徑到底對列印出來的東西有啥影響?在Does 0.02mm Tolerance Make a Difference?這部影片中透過簡單的計算,解釋了直徑造成的結果,而我這邊想透過自己用Google試算表所計算的差異來解釋。


  首先我們知道從擠出機出多少線,勢必就會轉換為印出來的線(質量不滅),在這裡的計算我忽略線材本身的收縮率、含水率、機器移動或擠出機的誤差,就把變因控制在材料的線徑公差對於線寬的影響就好。
  而根據使用的線材=擠出到床台上的線材,我必須先計算擠出在床台上的截面理論面積,才能再繼續進行計算,理論面積的公式如下(A2):


  透過這個公式,我去計算出當使用了1mm的線材時,以0.1mm層高及線寬0.45mm的情況下,會印出約56.13mm的線在床台上。


  有了這些參數之後,我就可以推算出不同線徑下,所印出來的"理論線寬"為何(當然實際上影響線寬的因素還很多)。而從下面公式可以看到,層高是固定的,而出線長度換算列印長度也是在切片時,就被gcode計算好的,因此下面公式中線寬(W)的變因就是線直徑(D1)的影響。(出線長度L1/L2的比值在相同層高下是固定的)
(我數學不是很好,所以有計算錯誤可能還麻煩請指教一下)


  透過上面的公式,我建立了下面這一張表格。可以看到在不同的線徑公差下所造成的線寬誤差。可以看到大致是呈現線性變化的,隨著公差越精準,誤差的寬度越小。


※補充:上述公式中,其實應該還要有一項擠出補償係數Extrusion multiplier(PrusaSlicer)或flow(Cura),目的是在微調列印的線寬校準,這個之後再另闢文章講解。

  不要小看那線寬0.0x的差異,我就曾經看過有人改裝線性滑軌、用千分錶調整床台,希望讓3D印表機調整到如CNC那般的精準(我個人是覺得矯枉過正了),然而他卻用著不知名的PLA再進行機器的校準。在不精準的線材上印多少校準塊,永遠都會有著那樣的偏差。
  而且你可能會認為我並非做工程零件,不需要很精準的尺度。但是線寬不一致的結果,也會導致你的外觀看起來層紋更加明顯(因為線寬不一致)。

  品質不良的材料不只直徑公差不佳,就連內部的成分可能也有許多雜質。廉價的線材可能使用較差的原料進行抽線,在列印時間一長之後,線材內不可融或一些雜質會卡在整個喉管區域,導致列印越來越不順暢甚至導致堵頭,同時也會導致列印出來的作品可能一下冒泡、出現表面豆粒、焦痕等等問題。

  最後大家不訪看看這則影片Prusa Factory Tour!,在4:00時介紹Prusa工廠的抽線部門,就可以看到其製造的嚴謹程度了。一分錢一分貨,別花了大把銀子購買機器,又花了許多時間調整機器,卻因為用了不好的線材讓自己的一切努力形同虛設。