#科技美学直播预告#

今晚周四17:30,科技美学斗鱼直播间号「452628」@大家测 测测君 将开箱重磅产品,被誉为“NBA中国官方市场合作伙伴”,大家来猜猜是什么?

只要有模型,无论在哪,都能立即加工出来,这就是3D打印的魅力所在。

一. 背景介绍

在做产品的测评之前,先对3D打印相关的知识做一个了结,会有助于大家对产品做出更加全面的理解。

(1)原理

3D打印是快速成型技术的一种,它以数字文件为基础打印机一键共享工具,通过逐层加工的方式来制造物体,所以可以加工出各种非常复杂的物品,加工的材料也是多种多样:金属、塑料、陶瓷、巧克力、甚至细胞。天马星3D打印机加工的材料是塑料PLA,所以这里讨论的3D打印实际上是指FDM(Fused Deposition Modeling)。

标准的FDM的整体工作流程是这样的:

首先通过建模软件建立三维模型

导出成STL格式的文件,它通过许多三角形网格来表现三维模型。

用各类切片软件生成3D打印机可读的Gcode文件,它包含了加工的各种参数,如加热温度,喷头运动轨迹等等信息

3D打印运行Gcode文件,加热喷头,将不断送向喷头的材料融化,再将融化的液体挤出喷头,一层又一层的覆盖到工件上面,液态的材料降温后变为固体,完成一层的打印之后,进入下一层的打印,直至整个工件完成。

3D打印的头像

目前针对塑料的3D打印已经走进了普通人的家里,而且有很多的DIYer可以利用网上的资料自己做一台3D打印机出来,其中不少零件还可以用已有的3D打印机加工出来。

(2)分类

桌面级的3D打印机大致可以分类为以下几种:

①reprap prusa i3系列

这类打印机特点是结构简单,维修方便,但精度较差。

i3系列

②makebot系列

这种结构的打印机可以说是市面上比较常见的了,结构成熟,它的特点是精度高,速度快,可以多喷头,缺点是成本高,维修困难。

makebot系列

③三角洲系列

这种结构的打印机采用的是并联结构,由三个滑块协同工作给喷头定位,滑块上下运动,依靠与之相连的连杆带动喷头。这种结构的特点是定位准确,速度快,但是缺点是稳定性差。

三角洲系列打印机

(3)材料

FDM通常用的材料为ABS和PLA。

①ABS,也就是工程塑料,它的特点是强度高、有韧性,并且在超过100度左右时才发生软化,加工出来的产品可以用丙酮浸泡,之后会变得非常光滑。

浸泡后(左),浸泡前(右),图片来自网络

但是这种材料的缺点就是加工的时候会有难闻的气味,并且如果打印平台没有预热的话,很容易翘边。翘边即是指工件的底部部分向上弯曲,脱离了打印平台。若翘边稍大,将导致整个模型报废。所以ABS的加工,经常与热床(即可加热的平台)搭配使用。

模型翘边

②PLA,即是可降解塑料,这种材料是用植物的淀粉原料制成的,可完全降解,是一种环保的材料。PLA在加热之后不会发出难闻的气味,反而是一种糖果味。这种材料的熔点稍低,大概在150~180度左右,故不适用于高温的环境。

与ABS不同的是,PLA材料不用热床功能,可以直接在平台上加工。不过由于PLA自身黏附性不强,所以一般可以选择在平台上贴美纹纸,或者涂PVP胶水,另它与平台的黏附性增强。

二. 天马星3D打印机

天马星3D打印机外观

(1)开箱

正面

侧面

箱子是白色的箱体加上橙色的箱底,这个看起来还是比较充满活力的色彩的。让我印象比较深刻的是这个开箱的扣。可以看 动图感受一下。

感觉还是比较好玩的,在拆下三个扣之后,就可以将底盘与箱体分开了,看到了在内部的打印机。

用白色的胶袋遮住

配件方面,一个电源适配器,一根电源线,和一本说明书。个人觉得电源适配器上面的贴纸看起来不是太精细,有种劣质的感觉。

配件

将胶带拿掉之后,可以看到打印机主体了。

幻灯片一样的360°视图

至此,开箱部分结束。

(2)设计

就外观而言,这款3D打印机没什么好讲的,就是漂亮,更是获得德国国际红点设计大奖提名。放在众多打印机里面也是非常亮眼的,特别是上半部分的磨砂玻璃处理和半开式的舱门,都非常的出色。

产品爆炸图(官方)

机器的参数如下,喷头是常用的0.4mm,打印区间是直径150mm,高度180mm,这个尺寸不算大,不过考虑到定位,这个尺寸也还是够用了。切片是支持上传模型,云端切片的。

机器参数

先谈一些天马星3D打印机的亮点设计吧:

a)顶部隐藏式耗材舱

先来看看普通常见的3D打印机,耗材一般是怎么样放置的:

外置

外置

这款设计的也比较好,盖下之后也是隐藏式

天马星3D打印机的耗材放置在顶部。

顶部的盖子打开,里面放置耗材

这个孔是插入耗材的,顺着管道一直送到喷头去。

下方是风扇,运行时,这里可以排气

盖上盖子之后,做到了隐藏式,也可以通气

整体效果

b)全透明式加工窗口

相比于其他造型的打印机,天马星3D打印机可以实现360°的观察,可以让你更加直观的看到加工中的每个角度。

全透明式的加工窗口

通过透明窗口观测打印过程

c)安全舱门

在打印的过程中,喷头的温度是稳定在185度左右的,如果是小朋友使用,好奇去摸一摸,就很有可能烫伤。

所以为了保证安全,天马星3D打印机设置了安全舱门,防止工件在加工过程中被外部干扰,也保护了安全,如果安全舱门被强制打开的时候,为了保护安全,喷头会迅速抬起并停止加工。

下图:加工中打开舱门,喷头迅速上抬,同时LED灯变为红色闪烁。

加工中打开舱门

d)断点续打

在APP中可以随时暂停打印,也可以随时点击继续打印。断点续打就是这样一个功能,允许打印机暂停一下。又或者我们在打开舱门,导致打印被迫中止之后,再次关闭舱门,打印还是继续在停止点继续开始。

关闭舱门后,断点续打

这个功能比较人性化,避免了意外暂停或者手动暂停后,工件因此加工失败的问题,有时候,还是需要暂停,去整理喷头上粘的耗材的。

e)分离式的打印平台

打印平台是三角形的,用底部的三块磁铁和打印机底部进行定位于固定。

同时允许在打印完成后,直接将底板取出来,方便后续取下工件,十分方便。

但是这个功能在实际使用中, 有一点小瑕疵,当加工的工件高度太高的时候,打开舱门,会卡在舱门处,要斜着,而且还真的挺麻烦的,才将工件取出来。

打印这个工件的时候,取出麻烦

f)灯光交互

打印机的状态可以直接由灯光来判断。

灯光交互

旋转白光,正在启动中。

白光,开机启动中

蓝光,联网中。

蓝色,联网中

红色灯光闪烁,表示有异常情况。比如舱门未关闭,没有耗材,平台未调平等等。

红色,异常情况

打印机处于什么情况,不用去看APP或者网页端,看一眼灯光就一目了然。

g)极限主义设计

整个机器,出了电源插口以外,没有任何接口,彻底的极简主义。让机器没有更多的开孔,更有一体的感觉。

(3)APP、网页、后台

由于天马星3D打印机是极简设计,所以并没有USB接口,完全是靠WIFI来控制打印机的。只要将天马星3D打印机开机,它就会自动接入设置好的WIFI,然后就接入了网络,无论你在任何地方,只要你能上网,就可以远程控制它!

a)APP

首先,我们要下载”天马星3D“APP。然后注册账号,之后打开APP。登陆之后,可以在首页看到非常多的模型,我们点击右下角的打印机图标,接着点击右上角的加号,接着添加新打印机,就可以按照提示添加了。

添加打印机

切换到后台,将打印机接入到yeehaw3D_XX的热点里。打印机热点信息,在打印机的背后。

点击下一步,之后设置好家里使用的路由器名称和密码,再点击下一步,就绑定成功了。

绑定成功

现在我们可以在列表中看到我们的打印机了,而且点击进去可以看到更多的实时状态,而且点击右上角的设置,可以进到控制中心,还有调平功能。

可以实时看到打印机状态。

现在回到首页,我们可以开始打印我们的模型了。

在首页有非常多的模型供我们选择,看到合适的模型,选择打印即可完成。

当你选择打印之后,云端会将模型传送至打印机,然后打印机就自动开始工作了。在上面我们可以看到剩余时间,打印温度,正在调平,正在加热等等。

从APP打印东西

等待大概20分钟,就可以取出成品工件啦!打印质量是非常不错的,中间的圆环可以绕着杆旋转。

注意!中间的环可以旋转!

另外APP还有创作功能打印机一键共享工具,如果是小孩子玩的话,可以发挥想象力,用积木式的方法建模。。。不过我个人觉得难度还是挺高的, 用积木摆出各种想要的东西。。我自己是办不到。建模好之后就可以上传,可以选择是否公开,公开的话,就可以为打印库里多增加一些模型。

积木式模型创作

总之,APP还是非常好用的,调平非常方便,而且我可以在上课的时候,实时的看到我的加工情况。

b)网页端

除了手机端可以用APP控制打印机以外,也从

天马星官网

进入网页端,对3D打印机进行控制。

网页端

在“我的设备”里,也可以找到我们的打印机。

控制中心。

控制中心

高级设置。不仅仅可以给平台调平,还可以对调平后的参数作微调。

高级设置

电脑版的创作,出了积木以外,还有CAD。

电脑版的积木式创作比手机版方便了许多,主要是画面旋转,精准的定位,等等。

电脑端积木创作

电脑多出来一个CAD模式。这个和我们平时理解的Auto CAD是不同的,这个显然是改编的适用于3D打印建模的CAD,顶部提供了许多实用的功能,比如图形工具,画直线、圆、矩形等等;还有拉伸工具、旋转体。

瞎画的几下

在网页端,还有上传模型功能。我们可以将在CAD、ProE、3DMax、网上下载的STL格式文件上传至自己的账号。

上传选项

上传完成后,可以在“我的模型”里找到, 并且可以点击打印,云端会自动将文件切片并生成加工代码传给打印机,让打印机实现加工。所有的一切都是在云端完成的。

c)后台控制

APP和网页的控制方式,都是把3D打印机接入家里的WIFI,从而联网,然后我们可以用已经联网的手机或者电脑去控制。

而后台控制,要求我们电脑必须接入3D打印机的热点,即“ yeehaw3D_XX ”的热点里,然后输入“”,即可进入3D打印机的后台里。

接入3D打印机的wifi热点

后台

天马星3D打印机的后台是基于开源的Octoprint主机软件的。它可以支持用户通过非常多的设备去监控3D打印过程。

在Octoprint软件中,预留了摄像头监控的功能,不过天马星3D打印机没有内置摄像头,这一点是比较可惜的,也许是考虑到用到的机会并不多吧。

摄像头实时监控

在后台页面的左侧,我们可以看到,打印机是有7.2GB的内存的,它可以用来储存打印过的工件数据,我们也可以在此处上传模型或者Gcode代码。

在页面的右边是各种功能模块,我添加了温度和Gcode视图,前者可以让我直观看到温度状态和趋势图,Gcode视图可以看到喷头的实时轨迹。

Gcode视图

后台功能的使用,相对于前两种来说更为复杂,所以在官方宣传和使用手册中,都没有提到它的存在。毕竟作为一款智能的打印机,希望打印过程是可以一键完成的。然后这个后台还是有非常大的用处,因为在模型过于复杂的时候,仅仅使用网页的“上传模型”功能,是不能成功加工的,因为复杂模型的加工参数和支撑结构不是云端切片软件可以处理的好的。

在打印复杂工件的时候,我们就必须要自己手动用第三方软件对模型进行处理,设置好加工参数,进而生成3D打印机可以识别的机器语言——Gcode,然后在后台传送给3D打印机并打印。如果想自己DIY模型和打印出更好的模型,对第三方软件的使用是必不可少的。

三. 进阶

对于天马星3D打印机,我觉得它是一款定位于青少年的,而实际上性能可以满足大部分DIY玩家的3D打印机。如果你看到它满屏幕对于亲子等等的宣传,就以为它是一款性能只能给小朋友玩的打印机,那你就大错特错了。它的性能实际上可以加工出质量很好的工件。

对于普通玩家,你可以选择在APP的库里面打印喜欢的东西,也可以在网页版里上传自己喜欢的模型打印。不过由于云端的切片软件只能处理一些比较简单的模型,所以你在网上找到的模型大概率会打印失败的。这个时候,你就应该下载一款第三方处理软件,调好合适的参数之后,再把Gcode传给打印机加工,也许经过多次的尝试,你会对3D打印产生更多的了解。

(1)底座

我用网页版上传了一个之前自己建模的一个极限曲面模型,大概长这样。

极小曲面模型

由于刚刚接触这款打印机,于是用了网页版去上传模型,并且点了打印,然后就发现加工失败了。成了这个样子。

打印失败

原因就是因为这个模型与加工平台的接触面积非常小,导致最下面一层无法成功的生长在平台上,所以用第三方软件给模型加了平台,调节了一些参数,让它成功的加工了。

成功加工

(2)支撑

支撑对于模型的成功加工非常重要。用一个例子来说明,我在网上下载了一个《守望先锋》DVA的模型。

DVA模型

调好一些参数之后,进行打印,结果成了这样子:

原因就出在支撑上面。

这里需要支撑

可以看到DVA的右手手肘是需要支撑的,因为它是凭空出现的,我们知道3D打印的原理是一层一层的叠加,那么到达手肘这里的时候,由于下方没有任何支撑点,所以是无法成功加工的,也就导致这里的材料没有地方落脚,所以才变成了许许多多的“蜘蛛丝”,导致加工失败。用CURA软件,选择加上支撑之后,成功的打印出了DVA模型。

添加支撑后的模型

加支撑后的模型

因为当时才开始探索这些技术,可以看到,加了支撑后的DVA模型的手肘效果是不好的,因为支撑加的太高,导致稳定性下降,在手肘处加工的时候,支撑摇摇晃晃,结果手肘打印的有错位。这个也可以了解到支撑的作用,另外,与加工平台夹角小于45°的部分,也是需要支撑的,否则无法顺利的生长在下一层材料上。

支撑的结构与工件的结构是不同的,支撑可以很轻易的用手夹断,而且在于工件的连接处也是很松的,方便分离支撑与模型,下面附上一个拆支撑的视频。

另外,也由于当时技术的原因,没有发现这个网上下载的模型是有破损的,所以打印出来DVA的刘海和头盔都缺失了一部分,实际上模型可以用win10自带的3D Builder修复一遍的。

(3)粘附平台

对模型添粘附平台可以增加模型最底层和平台的黏附能力,让它们成功的粘在一起,使后续加工顺利。

下图是打印的一个影魔,模型周围薄薄的一圈就是沿边了,或者叫做裙边。

粘附平台——沿边

(4)拉丝

拉丝是3D打印中,很难避免,而且非常烦人的东西。

拉丝是指,当喷头在两个分离的点之间移动的时候,溢出的材料,在两点之间产生的细丝,就像披萨的拉丝一样,十分影响外观。

这个在刚开始打印的时候也遇到过,后来通过调节回抽速度,与回抽距离来改变。

(5)翘边

翘边问题在前面已经介绍过了,只要模型的底层翘边,那么这个模型99%是会失败的。如果是ABS的材料打印,则可以通过采用热床的方法来避免,其原理也就是让底层受热均匀。然后PLA是不使用热床的,但是PLA在打印底面积比较大的工件的时候,还是会翘边,因为面积太大,与底板接触之后受热不均,所以导致了翘边。我也遇到过这种问题,后来直接在平台上涂PVP的固体胶,得到了解决。另外在平台上贴上美纹纸也有一定的效果。

(6)浮雕照片

3D打印可以将普通的照片变成3D的浮雕照片。

浮雕照片(右),图片来自网络

这个对3D打印机的性能比较考验,打印的参数调节起来也比较麻烦。主要是照片会出现大量的拉丝,痘点。

制作的主要流程是先把照片转换为黑白的,然后用软件把黑白照片生成三维的模型。它的原理是由于透光之后,厚的地方呈现黑色,薄的地方呈现白色,所以可以通过厚薄来表现黑白,利用这个原理,就可以将普通的黑白照片变成三维的模型。之后再将模型导入切片软件,加工就可以了。

下面是我在捣鼓了一段时间之后做出来的。

有两处拉丝

脸部有少许拉丝

总体来说,效果还是可以的,有一两处拉丝,通过慢慢调节回抽速度和距离,可以得到一些好转,另外,由于厂家给的材料是珠光白,不是象牙白,所以材料偏透明,不是很适合打印浮雕照片,如果是象牙白的材料,效果会好看很多。

(7)打印精度

为了测量打印精度,建了一个模型,如下。

每层高度

Z轴方向的实际尺寸如下图所示:

可以看到,在Z轴方向尺寸为7mm以上的时候,误差基本都在0.1mm之内,这个算是控制的非常好了,但是在6mm以下的时候,要稍差一点。

每层直径

用数字游标卡尺量出来,平面上的尺寸如下图所示:

误差稳定在0.4mm左右

每一个参数都基本比设计尺寸小了0.4mm左右,不知道是软件处理问题,还是机器的问题。

为了测试零件侧表面的质量,选取了如下模型。

为了观察该工件侧面的光滑程度,用了实验室的光学显微镜,型号为VHX-1000。

实验台

利用3D扫描功能生成表面的轮廓,得到如下数据。

可以看出,表面质量非常的不错,最高点和最低点几乎是在100μm之间波动,表面质量控制的是非常好的。另外将该工件侧面放大100倍和300倍,可以清晰的看到该工件的每一层堆叠,也能看到层厚。

100倍(左),300倍(右)

可以从图中看到,由于我层厚设置的是0.1mm,由实验测得数据看来,层厚控制的还是比较好的,都在100μm左右,误差不超过10μm,也比较整齐。

四. 打印作品

下面放一些拿到3D打印机之后做的一些工件吧。

乔巴,层高为0.2mm

Gyroid结构,层厚0.2mm

影魔,层厚0.1

由于钻石结构打印的时候,每层几乎是离散的点,所以中间还是有很多的拉丝的,不过这种细杆结构可以成功的打印出来,还是非常惊讶的。

diamond结构,层厚0.1mm

路飞,层厚0.1mm

五. 总结优点

①外观出众,富有科技感,在同类产品中较为亮眼;

②有专属APP,可远程实时查看打印情况;

③建立了专门的3D打印模型库,并且用户可以互相共享,一键载入本地打印,十分方便,3D打印的优越性在于加工数据化、云端化,在这个方向上,天马星做的很不错;

④特色功能人性化,如开舱门自动抬起喷头,自动进丝退丝,自动调平;

⑤给青少年使用是它的市场定位,但是并不意味着性能也是玩具层次,就使用看来,它的加工精度还是比较让人满意的。

缺点(改进点)

①在极简设计的思路下,机器全身只保留了一个电源接口,通讯只能用WIFI模块,但是不清楚是这台机器的软件设置原因还是硬件原因,WIFI在日常使用中,3D打印机连上了路由器,APP上也显示打印机在线,但是点击进去会显示连接超时,无法控制打印机,只能拔电源,并且有时候重启三四次还是这样;另外,想通过后台去控制3D打印机,电脑就必须得接入打印机发出的热点,此时电脑虽然可以通过打印机的热点上网,但是毕竟不能与路由器相提并论。还有一点就是在办公室,实验室,普遍使用的是台式机,用的网线,一般是用360 MINI WIFI开启热点,然后打印机接入并联网;如果台式机为了接入3D打印机的后台,把360 mini WIFI做无线网卡用,那么此时3D打印机是没有网络可以连接的,因为此时mini wifi做了无线网卡用,没有热点了,所以我觉得有必要保留一个USB的接口,或者想办法让电脑在不接入打印机热点的情况下可以进入后台。

②天马星APP里建立了可共享的3D打印模型库,但是由于云端切片软件在复杂模型处理上有很多问题,所以即使共享可以很便捷,但是也许一个没有处理好的文件共享上去了,很多人打印,全是失败件,官方给的模型基本都是处理后的可成功加工的文件,但是建立一个可共享的模型库只靠官方给模型肯定是远远不够的,所以如何保证众多模型都是可以成功的打印的,还需要探索。

③在目前的硬件版本下,如果是通过打印机后台上传Gcode打印工件,打印机只会在第一次打印时自动调平,打印完一个工件之后,必须重启才能在打印下一个模型时自动调平,不过这个应该可以在后续的升级上处理掉。

④由于是起步做硬件的公司,所以在客户端方面暂时不如其他大型公司,不过感觉还是有必要做一个PC端的管理软件,在主打青少年简便市场的同时,也可以兼顾其他用户,比如整合可直接切片的软件,实时监控温度等等的软件,而不是每次都要去网页上;

⑤公司定位与宣传主要是主打儿童青少年,感觉这样会无形中拒绝掉其他用户。

一句话总结:天马星3D打印机在同类产品里比较亮眼的,漂亮的实力派。

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