这是关于 3D 打印当前状况的四部分系列文章的第二篇。本系列文章旨在对比现今的 3D 打印技术与三年前我首次撰写 3D 打印系列文章时的状况。当然，这里是 Linux Journal，所以重点将放在 3D 打印中 Linux 和开源相关的方面。我不会过多地关注专有产品。在我的上一篇文章中，我概述了 3D 打印的总体状况；在本文中，我将重点介绍硬件方面。

如果您将三年前的 3D 打印机与今天的进行比较，您首先可能会注意到的是机器的整体外观变得多么精致和以消费者为中心。三年前，大多数打印机都基于 RepRap 系列 3D 打印机。它们具有业余爱好者的外观，3D 打印的齿轮和其他部件与您可以从五金店购买的螺母和螺栓组合在一起。那些结构并非由一系列螺纹杆和光滑杆组成的打印机则由激光切割木材制成。重点更多地放在社区和自由共享设计上，以便尽可能快速地提高打印机的质量，同时仍然使用可以从五金店或在线轻松购买的零件。当时许多商业 3D 打印机产品也是某种形式的 RepRap 打印机，预组装和校准后出售，并进行了一些改进和完善，以及公司在出现问题时提供的支持。

快进到今天，3D 打印机的选择已经大相径庭。随着焦点从业余爱好者转向消费者，您会看到现代设计隐藏了电子元件和布线，放弃了激光切割木材，转而采用喷漆金属和亚克力外壳，并且看起来更像是您可以放在办公室桌子上而不是车库工作台上的东西。这让我想起了早期为了更吸引最终用户而对 Linux 桌面进行润色的尝试，并且这两种变化都受到了原始社区的类似抵制。

新旧差异的最佳例子之一是原始 Ultimaker 和当前 Ultimaker 2 之间的比较。原始 Ultimaker 具有经典的盒状激光切割木材外壳，而现代打印机则具有磨砂亚克力外壳。

图 1. 原始 Ultimaker

图 2. 当前 Ultimaker 2

那么，是什么导致了这种焦点的转变？其中涉及许多因素，但我认为最初 Printrbot Kickstarter 众筹活动的成功是关键，它本身就是 RepRap 设计的修改版，旨在更经济实惠并面向学校和最终消费者，这吸引了许多企业家说“我也能做到”，并创办了自己的 3D 打印机公司。在 Makerbot 售价 2000 美元或 RepRap 套件售价 800 美元的世界里，一台 500 美元的 3D 打印机吸引了一大批新用户（包括我本人）的注意，他们无法完全证明为一套不能保证在组装数小时后能够工作的套件花费 800 美元是合理的。

您可以在 Printrbot 产品线本身中看到这些变化。原始打印机很像 RepRap，具有许多 3D 打印部件和一个木制打印床（可选加热床）。该打印机的直接后续产品是用激光切割木材取代了一些部件，以加快制造速度。将此与现代 Printrbot 产品线进行比较，所有产品均已组装出货，全部采用喷漆金属框架和机加工金属打印床，并且价格仍然与原始组装的 Printrbot 大致相同。

图 3. 原始 Printrbot

图 4. 当前 Printrbot Simple Metal

现代 3D 打印机中一个不幸的趋势是缺少开放设计文件。多年前，大多数主要的 3D 打印机都完全共享了所有硬件设计文件；因此，如果您愿意，您可以使用自己采购的零件构建自己的 3D 打印机。Makerbot 宣布不再共享其 Replicator 系列的设计文件，这在社区中引起了相当大的愤怒，但尽管如此，许多其他 3D 打印公司也纷纷效仿。尽管如此，仍然有一些值得注意的 3D 打印公司继续秉承开源精神并共享其设计文件，例如 Ultimaker、Lulzbot 和 Printrbot，所有这些公司都在新产品推出时或在几个月内提供其硬件设计文件。

挤出机设计是过去三年中看到大量创新的另一个领域。挤出机是 3D 打印机的一部分，它将塑料丝材送入热端，在那里熔化并打印出来。三年前，许多打印机采用了 Wade 挤出机设计的某种变体，该设计使用一个步进电机连接到一个小齿轮，该小齿轮驱动一个连接到带齿螺栓的大齿轮，该螺栓会抓住丝材。单个打印机上多个挤出机的概念仍处于早期原型阶段，并且大多数挤出机使用 3 毫米丝材。

如今，几乎每台打印机都有自己定制的挤出机设计和热端。许多挤出机已转向直接驱动系统，其中步进电机具有直接连接到它的齿轮，该齿轮将丝材送入热端，并且 1.75 毫米丝材正开始成为标准。现在，许多最受欢迎的打印机都提供双挤出机作为升级选项。借助双挤出机，打印机可以将两种不同颜色的丝材甚至两种不同类型的丝材送入同一打印件中。这不仅允许您同时打印多种颜色，还允许您使用水溶性丝材打印支撑材料，而无需在打印完成后将其从打印件上折断或切断。过去，许多热端是陶瓷的，内部使用特氟龙管将丝材从热端顶部送入加热区域，然后在那里挤出。随着人们对更奇特的丝材产生了新的兴趣，其中一些丝材需要的温度高于 PLA 或 ABS，全金属热端正开始变得流行，因为它们可以加热到超过特氟龙管施加的限制。

由于三年前的大多数 3D 打印机都面向可能作为套件组装打印机的业余爱好者，因此大量的校准和调整被认为是乐趣的一部分。从校准步进电机的电位器到打印床的水平度，再到 Z 轴在打印床上方的高度，都需要螺丝刀、塞尺、卡尺、锁紧螺栓以及反复试验。通常，将打印机从一个位置移动到另一个位置会使您的校准失效，因此您必须预算一轮全新的调整。

随着焦点从业余爱好者转向消费者，许多注意力已转移到简化校准上。首先，今天销售的大多数打印机在送到您家门口之前都已组装和校准。其次，某些打印机型号，例如 Printrbot 产品线，包括一个磁性传感器，可以感应何时靠近金属打印床。然后，可以将此传感器与自动校准程序一起使用，以测量从打印床沿三个角的距离，然后在软件中调平打印床。Printrbot 产品线没有调整 Z 轴限位开关上方的螺钉来更改 Z 轴在打印床上方的高度，而是利用金属传感器来靠近打印床，并允许您在打印机设置中输入一个数字，以将 Z 轴升高或降低几分之一毫米。一旦设置了此值，除非您调整或移除热端，否则您无需再校准 Z 轴。尽管如今步进电机电流在打印机组装时已经校准，但如果您发现确实需要调整它们，则某些打印机板甚至允许您在软件中而不是使用螺丝刀进行调整。

当今 3D 打印领域最令人兴奋的创新领域之一是您可以使用的材料。三年前，您的材料选择基本上仅限于 PLA 和 ABS 塑料。今天，除了 PLA 和 ABS 的更多颜色种类（包括夜光色）外，还有许多更奇特的塑料，例如 PVA（水溶性）和许多不同的尼龙丝材，它们提供不同的强度和柔韧性曲线。还有新的柔性丝材，如 Ninjaflex、Filaflex 和 Ninjaflex Semiflex，它们允许您使用更像橡胶而不是塑料的材料进行打印，并且可以用于凉鞋、玩具车轮胎或手机壳。

最近，出现了许多奇特的 PLA 材料混合物，其中传统的 PLA 丝材与包括木材、竹子、碳纤维、铁、铜、黄铜和青铜在内的其他材料的微小碎片混合在一起。这些材料中的每一种或多或少都像 PLA 一样挤出，但成品具有混合材料的特性。例如，木材和竹子丝材看起来很像木纹，每一层都可以用木材着色剂染色。金属丝材都可以抛光，并且总体上可以像金属一样进行后处理，并且可以用钢丝绒或滚筒抛光机进行抛光。例如，我拥有的 copperfill 丝材可以抛光，并且成品甚至闻起来像便士。铁丝甚至可以与磁铁发生反应。不幸的是，由于 PLA 仍然用于将金属粉尘粘合在一起，因此用这些材料制成的产品不具有纯金属的强度，因此应用更适合珠宝或半身像，而不适合金属棒或齿轮。如果您需要强度，最好还是考虑 ABS 或尼龙等其他塑料之一。

如您所见，3D 打印是一项快速发展的技术，过去三年中发生了很大变化。我知道这篇文章有点偏离了您通常在此空间中看到的传统基于 Linux 的内容，因此下个月，我将通过研究与此硬件接口的开源 3D 打印软件的创新来弥补这一点。