开源3D打印机Thing-O-Matic使用指南
1.开源3D打印机概述
根据对Thing-O-Matic开源3D打印机的装配调试及其后续的工件加工经验，本文主要介绍了makerbot公司的开源3D打印机Thing-O-Matic的装配、软件调试、软硬件结构、使用方法及其优缺点评估等内容。
Thing-O-Matic为美国Makerbot industries研制的一台开源3D打印机，该公司另外还有一个系列的开源3D打印机，为CupCakeCNC，它们的外壳都是用胶合板通过激光雕刻机切割出来的，使用ABS、PLA等原料来打印三维实体。下图1为一台CupCakeCNC的整机。值得我们注意的一点是，不管是Thing-O-Matic或者是CupCakeCNC，它们的机械、控制等部分都是依托在胶合板和透明塑料上，所以或多或少会影响其精度，另一方面，由于机器及平台的限制，也只能打印10cm*10cm*10cm左右大小的工件。
图1CupCakeCNC打印机的整机
Thing-O-Matic是一台完全自动，低成本，DIY的3D打印机。相比较其他机种，Thing-O-Matic的一个亮点是其的ABP（Automated Build Platform）平台，它能允许用户重复一个接着一个的打印工件，而中途完全不需要人的监视操作，只需要点击Build键，接下的工作就可以全部交给这台Thing-O-Matic。作为CupCake CNC的派生系列，Thing-O-Matic
在以前的基础上改进了许多地方，功能上也更加强大。图2为一台完整的Thing-O-Matic打印机。
图2Thing-O-Matic打印机的整机
2.Thing-O-Matic的装配
2.1装配之前的准备工作
相信不用我的介绍，大家已经知道这是一台完全手工组装的3D打印机，并且源代码对用户开放，我们可以根据自己的需求对其的代码进行更改优化。为使组装顺利进行，必要的准备工作时必须的。
在组装之前，几样工具是必须事先准备好的，而且makerbot公司也没有提供这些工具。我们需要焊接电路的电烙铁及其焊丝；透明胶带及万能胶水；钻孔用的电钻；剥电线皮之用的剥线钳；刻度尺
准备好这些工具之后，由于其没有提供纸质的装配图纸，所以需要我们上网查看用户指南进行安装，网页上图文并茂，能使我们的装配更加顺利，可能不方便的是需要用户有一定的英语阅读能力。
2.2各个部件的装配
Thing-O-Matic的装配根据网页上的用户指南，我们可以分了一下几个步骤，以下我只对我们在组装过程中出现的问题加以强调和提示，详细的步骤请查考用户指南：
2.2.1X轴的组装
在X轴组装之前，我们事前一定要明确自己要搭建的是什么平台，Thing-O-Matic为用户提供了三种可选的平台：全自动加工平台；热加工平台；丙烯酸树脂加工平台。一般我们可以选择全自动平台进行搭建，因为后两者相比较前者组装比较简单，而且第一种平台为这台机子的亮点，岂有不搭建它而优先搭建其他的道理，当然针对不同的加工需求，可以临时更换搭建平台。
全自动加工平台，其实和热加工平台大体类似，只是在加热板的基础上增加一个传送带，用一电机加以带动，在打印的过程中，这个传送带是不转动的，当加工完成之后，传送带可以将加工的工件向前运送，掉落在桌子或者机器平台上。可能很多人对此的加热板存在疑问，这里说明一下，加热板的功用是通过加热部件，防止塑料丝材挤出后急剧冷却，减小打印部件的翘曲误差，同时防止层与层之间的收缩误差。
准备好安装的部件及其工具，按图示一步步组装，这里需要对直流齿轮电机和加热板的组装要细心一点，因为我们的部件往往只有一个，没有更换的部件。另外滑动轴承的安装可能需要你使用胶水固定在木材上，防止后期滑轨滑动过程中脱落。
这里单独提出一点的是，由于两边的部件是透明的硬质塑料，在契合螺钉的时候不可太紧，笔者在安装过程中由于螺钉的过紧而导致硬质塑料产生了裂痕。最终的全自动加工平台如图3所示。
图3全自动加工平台
2.2.2Y轴的组装
搭建Y轴平台可能花费的时间相对X轴要长一点，其中需要你安装X轴的电机、X轴的行程开关，其他按照图示的过程一般不会出现大的问题。X轴和Y轴的两根皮带的安装需要注意的一点是他们的长度不一样，在皮带上有其规格的标示。同理，几根滑轨的长度也是有区别的，注意区别。
图4XY轴整合平台
在这一阶段，我们出现的一个问题是，由于滑轮跟电机的输出轴契合比较紧，压进去刚好与轴端齐平，所以为了保持皮带的水平，我们将惰轮反转一个方向，使其有齿的一端与滑轮保持水平。另外由于存在皮带传动，所以电机的固定端设计为滑槽的形式，使电机能在滑槽方向移动一小段距离，方便我们队皮带的预紧和调整。我们搭建好Y轴后，将X轴一起整合到Y轴上，如图4所以为我们的整个XY平台，后续箱体组装好后，我们只需要将其整个嵌入箱体即可。
2.2.3Z轴的组装
打印机扫描怎么用
Z轴方向的组装比较简单，按图示一步步安装，一般不会出现问题，螺丝不要契紧但不能使螺帽脱落，方便后续组装工作。如图5所示为Z轴的组装完成图。
图5Z轴平台
2.2.4挤出头的组装
挤出头的组装是一个难点，MakerBot为我们提供了6个型号的挤出头，Plastruder MK5挤出头，1.75mm丝材的Stepstruder MK6挤出头，3mm丝材的Stepstruder MK6挤出头，1.75mm丝材的Stepstruder MK6+挤出头，3mm丝材的Stepstruder MK6+挤出头，Stepstruder MK7挤出头。我们购买的是Stepstruder MK6+的挤出头，因为1.75mm丝材的挤出头的使用目前存在风险，技术尚且不成
熟，而且我们购买的丝材直径是3mm，所以我们选择组装3mm 丝材的Stepstruder MK6+挤出头，但是同时我们需要认识到的一点是，1.75mm丝材的挤出头是未来的主流，它能使扭矩更小，渗出物更少，在小孔径的喷嘴上更加容易的挤出。
图63mm丝材的Stepstruder MK6+挤出头
该挤出装置的设计使用的是轮式挤出机的设计，与CupCakeCNC的原理一致。这一阶段需要我们安装高扭矩NEMA17步进电机，圆筒加热器，热电偶，恒温器，电机风扇等。步进电机的功能是为我们丝材的供给和熔融状丝材的挤出提供动力。圆筒加热器，顾名思义是加热挤出头之用，使到达挤出头的丝材进入熔融状态，便于挤出成形。热电偶是作传感器之用，在打印过程中，我们可以通过热电偶时
刻监视挤出头部分得温度。恒温器作保持挤出头温度处于相对恒温状态。电机风扇用作步进电机的散热之用。此外我们需要注意的一点是挤出头的保温我们是通过在挤出头外裹一层陶瓷石棉来保温的，之后利用黄胶带固定。其中黑齿轮状的塑料部件为散热器，用户指南中有几张图片将其安装在保持支架的下方，相反，我们需要将其安装在保持支架的上方靠近电机的一端。组装好后的的MK6+挤出头如图6所示。
2.2.5箱体的组装
箱体部分MakerBot在2011年3月份对Thing-O-Matic作了一个比较大的改进，左边的侧板用开放的视窗替代了原先的散热风扇，使在打印过程中视野更加开阔。这一阶段需要我们组装好Y轴的步进电机与Z轴方向的带丝杠的步进电机。同样地，Y方向的步进电机的固定也是采用的滑槽的设计，方便我们传动带的预紧与调整。将箱体装配好后，我们可以将之前的XY平台与Z平台，3mm丝材的Stepstruder MK6+挤出头一起嵌入箱体组装好。
2.2.6熔断器的焊接
熔断器也就是我们生活中常说的保险丝，它是一种短路保护器，主要进行短路保护或严重过载保护。MakerBot为我们提供了B、C、D三种版本的熔断器，根据我们自己的组件，我们选择组装B版本的熔断器，这是最初的一个熔断器版本，只有一个红LED灯。
在这里，熔断器是与圆筒加热器相连接，防止电路短路、过载而造成毁害。焊接熔断器的元器件时，需要操作者具备一定电路焊接能力。按用户指南上的图示焊接好元器件，但是其中需要注意的一点是三个小电阻的区别，因为它们外形上没有什么区别，根据电阻上的圆环的颜，将相应的电阻值对应在相应的位置。然后就是LED发光二级管的正负极的区别。当元器件都焊接完毕时，需要你用电钻在Z平台的右侧板上钻两个螺孔，用于熔断器的定位。
焊接好元器件，按图示接好电线后，我们需要对熔断器进行测试，给挤出器的头部通电加热，然后切断“TEMP CUTOFF”端口的连接。点击你的熔断器，你的LED灯会亮起，在ReplicatorG软件的控制面板监视器中挤出器头部的温度会开始下降。这样则表明你的熔断器就是有效的。
2.2.7更新芯片固件的版本（母板与挤出头控制器的更新）
更新芯片固件的版本跟用户指南上的图示有些出入。这里，我们需要先下载一个软件ReplicatorG，这是一个G代码生成器，将STL文件导入后，我们可用其将STL文件转化为机器可以识别的G代码用于加工。该软件有个内建的固件加载器，我们用其来为我们的固件进行更新加载。
相对不不同版本的ReplicatorG，两个芯片更新到的版本也不一样，我们下载的ReplicatorG版本为0025，对于的模板主芯片版本和挤出头控制器的版本分别为2.81和2.8。图示显示的芯片为Arduino Mega2560，而我们拿到的芯片的型号是Arduino Mega1280，这个版本的芯片低一个级别，最终我们
选择更新到版本2.81，而对于挤出头控制器的芯片我们更新至2.8。
2.2.8控制电路的连接
控制电路部分是整台打印机设备的灵魂，正确恰当的安装控制部分才能实现我们的打印成形运动，根据自己装配的经验，其实只要你了解设备的原理，那么装配中的细节问题你可以轻松解决。固件的版本更新之后，母板和挤出头的控制器的线路连接只要按图示连接，
应该不会出现什么大问题，需要我们特别注意的是四个步进电机驱动器的线路连接以及几个行程开关的连接。电机驱动器的布局在指南中有所调整，无论它怎么调整，你只要明白，它的调整只是为了连线的方便、线路的节省。
其中有一点要求用户自己制作6针的数据连接线，只要严格依据以下这条规则就不会出现大问题，缆的颜次序在两端的数据连接头的保持一致。然后多长检查或者同学帮忙检查，用力将连接头下压卡紧。
电源部分要特别注意，因为这台仪器是美国购买回来的，北美地区的电压供应是120V 的，而我们中国及欧洲的供应电压是220V的。所以要求我们要将电源上的一个转换开关拨到一边显示出230V，然后电源线也必须是适用220V的，因为设备包里配备的两条电源线都是适用120V的，所以我们可用普通的电脑主机电源线替换，电源本身就是适用电脑配备的。
关于步进电机的安装及其驱动器的配置，我们首先需要对各步进电机型号一一对应。X&Y轴的电机型号为：MakerBot Nema17，Z轴的电机为：Moons leadscrew Nema17，挤出头的供料电机型号是：Stepstruder MK6。在确定电机的型号之后，我们需要对驱动器的电位器进行调整，防止设定的电机的电流过高，导致电机过热。当组装好电路控制部分，那么你的Thing-O-Matic就继续组装完毕，接下来的只需要进行软件调试。
2.2.9MakerBot四代液晶控制器（可选，笔者未购买这一项，所以不作介绍）

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