台湾厂商三纬国际在2014年末,推出了一款消费级的3D打印机——da Vinci 1.0,它的技术参数并不算突出,但它3999元的价格却相当感人。
而我们拿到的是它的衍生型号,可以进行3D扫描的da Vinci 1.0 AiO。虽然它8999的价格不如入门版亲民,但它多出了很炫酷的实物扫描功能,可以用来复制各种模型或零件。在折腾许久之后,我们现在就来看看它怎么用、好不好用,以及它的打印成品究竟效果如何吧。
3D打印部分:
46.8×51×55.8cm,27.5kg
单喷嘴打印头
喷嘴直径0.4毫米
单丝直径1.75毫米
最大打印尺寸为20×20×19cm
精细模式100微米/标准模式200微米
打印速度:0.3毫米/秒;超快速0.4毫米/秒
打印材料支持ABS树脂和PLA(生物降解塑料聚乳酸),由黑、红、蓝、橙、紫、黄、青、靛、绿、白、桃红、草绿十二种颜色的材料可选
3D扫描部分:
狭缝激光三角扫描技术(双2M像素摄像头+激光二极管)
扫描尺寸(直径×高):15×15厘米
扫描精度:0.25毫米
扫描分辨率:0.05毫米
转盘有效载荷:3千克
机器的包装很巨型,上面很抽象的“XYZ printing”其实是厂商名字。机器用的打印技术的是熔丝制造法(FFF),单列打印头,最高可以达到100微米的打印精度,机身总体重是27.5kg……
配件包括中间的打印原料盒、校准板、电源线,右侧的配件都被固定在一块纸板上。
配件板
光学扫描器校正板
最常用的维护配件是它们3个:固体胶、用于清理的铁铲和刷子。
耗材盒里面是一圈直径1.75mm、重600g的热熔打印线材。
机器的体型和切半的冰箱差不多,正面是磁吸式的透明塑料门,两侧是深蓝色的透光塑料板。
操作区包括一个液晶屏和几个按钮。
机器最大功率是480W,接口槽带保护盖,顶上上到下分别是办公设备常用的USB-B接口,下方是开关和电源接口。
移除保护材料后,打印仓里面出乎预料地简单。打印机为铁骨架+塑料盖板的结构,正中间是打印平台,边上可以看到打印头的XY轴轨道。
两侧分别是一上一下两个扫描器。
打印机最核心的打印头架在不锈钢轨道上,功能为上的造型,一股浓浓的geek味。
从定义上说,3D打印机是一种用特殊原材料,通过堆叠薄层来制造三维物体的设备。根据原料和成型原理的不同,它们可以分为熔积成型(加热融化原料后流出)、光敏塑料成型(紫外光照射后变硬)、激光烧结等。
以成本最低普及率最高的熔积成型技术为例,其工作过程很简单(此次评测的da Vinci 1.0 AiO 正是这种类型):
机器的打印头可以在X和Y轴上(水平的前后、左右)移动,而打印平台本身则可以在Z轴(上下)移动。
类似钓鱼线的打印原料,在打印头中被加热融化,以流体的状态流出,在接触打印平台后硬化粘连。打印头的移动轨迹会被这些原料“记录”下来,打完一层后,平台下移,机器再打第二层,直至把整个物体打印出来。
配合简单的工作原理,机器的核心部件也不多:
打印头是个可以在XY轨道上精确移动的加热装置,可以加热融化ABS/PLA材料,内部有导入原料丝的齿轮。
打开机身顶盖,从可以看到打印头背后有散热风扇。
它的X轴控制电机在横向导轨最右侧,而Y轴电机,则在打印机的机身壁上,两者都通过皮带传递动力(和不锈钢导轨平行的那条东东)。
打印平台表面是个玻璃板,可以看到它下面的加热丝,它的最高工作温度是90度(防止落到平台的原料因温度太低而无法粘连)。
它可以在纵轴上上下移动,动力来源是底部内侧的电机,通过旋转螺杆进行动力传递。
平台角落上的金属片,同时也是校准平台用的定位点。
平台底部有3颗这样的固定螺丝,可以上下旋动以调节平台的水平姿态(前倾后延等),螺丝和平台间有缓冲用的弹簧,防止平台因没校准而被打印头“挤伤”。
原料盒就是个卷着原料丝的盒子,底部有芯片触点,以便打印机识别原料类型,并提取原料的剩余量/使用量信息,机器会根据原料类型而使用不同的加热温度。
带背光的液晶显示器和控制按钮,用于选择工作模式、平台校正,显示温度、进度、校正数值等简单信息。
机器的软件分为打印和扫描两个,他们都做得相当简易化。
打印软件名为XYZware,负责导入并转化3D建模文件,可以对文件进行的预览和移位。软件支持最普遍.stl .3w等3D建模文件(建模文件基本都可以转化为这两种格式)。机器预览功能很简单,只能更换视角和放大缩小,但无法改变注视点,用起来稍有不便。
其编辑功能也比较简单,对模型进行空间上的转动,起转动角度会直接反映在最后打印出来的成品上。
对于初级玩家,厂家网站还有专门的3D模型库,里面有其他用户和专业艺术家的作品,素材数目足够大家玩一年了。除了最喜闻乐见的手办外,自然少不了手机壳,但暂时只见到 iPhone5 和 iPhone6 的免费建模文件。
文件可以线上预览并下载建模文件,而且它们还有相关的打印配置建议。
打印时间预测
设定页面
打印前,机器会对3D建模文件进行切层处理(可以理解为把模型进行了N次横向切片),之后可以查看3D模型的位置、尺寸和体积等信息。打印前可以设置底座、支架,控制3D模型填充密度、外壳厚度、打印速度、打印厚度(控制横向叠层的层厚,支持100/200/300/400微米4种厚度,值越小成品越精细)。
耗材盒分为ABS和PLA两种材质,内置600g的原料,有黑、红、蓝、橙、紫、黄、青、靛、绿、白、桃红、草绿十二种颜色可选。
左为使用ABS材料的成品,右为使用PLA材料的成品
两种材质主要区别在熔点上,ABS熔点为220度左右,不透明亚光质感,需要平台被加热到90度才能正常成型;PLA熔点在200度左右,密度更大更硬,半透明质感更加光亮,需要平台加热到45都才能正常成型。打印时,ABS材料被融化后都会有点塑料烧焦的臭味,而PLA的味道会更淡很多。
打印之前机器需要先为打印头和平台加热,前者在1-2分钟内可以加温完毕,但平台却要5-6分钟左右才能从常温升到90度。所以两种材质最大的使用区别,其实是后者的预热时间更短,打印速度稍快一点。
打印前要在平台上涂上附送的固体胶,后者的主要用途反而是防止成品和平台粘连,方便移除成品。
打印一开始,打印平台会被升到最高点。打印头会在平台边上的塑料刮片上,左右移动已以刮掉喷头上的残余原料,之后它会在平台边上打印两段测试线,以清空喷头中“逗留”过久的原料(呆太久的原料可能会被烤焦变色)。
跟着就是等机器自行打印了,机器XYZ轴3个电机的速度和功率的都不太一样,同时动起来的声音比较带感,音量在5、60分贝左右,只要不是放在卧室都不会对周边的造成太大的噪音滋扰。
机器出厂时已经组装并且完成打印平台的调平,我们拿到机器拆除包装后就可以直接进行打印。
但使用过程中的平台移动,以及成品移除过程(有时胶水涂不够,成品和平台粘连过紧,需要用附送的铁铲进行暴力剥离),都可能会让其产生轻微的位移,从而影响成型质量,严重的话甚至可能会让机器喷头出不了料。
所幸的是平台有缓冲弹簧,没校准不会造成实质性的损害,顶多会有喷头摩擦玻璃的难听声音而已。
打印平台下面有三个调位用的螺丝,旋转它们就可以上下调整平台的位置。打开机器的校正模式,机器喷头会点触平台的校正点,得出三个偏离数值。根据数值大小就可以扭动螺丝调好平台了。
但整个过程相当耗费精力,并且充满槽点:首先,校正平台为什么要等平台和喷头升温?而且这升温过程又奇慢;校正点和调整螺丝的位置完全不!重!合!,拧螺丝的时候,可能会同时改变两个测量点的数值,而且影响幅度还不同!说明书写着“螺丝每转动一圈对应50的读数差异”,但实际上这数值并不恒定囧。
为了控制精度,每次调整只能动一个螺丝,而且每次校正读数都要2分钟左右。校正的时候,其实我内心是崩溃的,也终于明白官方为何不建议用户自行调整平台了……
其他维护工作还包括清理喷头,附送的铁刷和细铁丝就是用在这个场合的。前者直接用来刮擦掉喷头上的粘连塑料,后者则是用来捅进喷头通管道的。它们用起来很有效果,比校正来得轻松。
机器内部的左上角和右下角,是两个扫描传感器。
每个传感器都包含发射器和接收器,另外还有一个200万像素的摄像头。
它们需要配合PC端的扫描软件使用,传感器发出红色的平面激光束,而底部的旋转平台会带着扫描样品旋转。搜集到的物体空间点信息,会以.STL格式文件保存。
扫描时最好关灯,以防影响光学扫描器工作,因为机舱门为透明材质,而过强的光线会影响机器对回射激光束的读取。
扫描过程中会有实时影像(200万像素),以及右侧的数据点展示。
扫描完的文件可以进行查看、翻转、控制精度等操作。
实际使用中,虽然扫描速度很快(5分钟左右),但扫描功能的限制比较多,基本上会让光线散射不正常的物质特性,都会影响扫描效果:物体高度太低、颜色太深、颜色种类太多、表面太光滑、凹坑太复杂、内部深度太大等都会影响最终的效果。
用它来扫描简单的几何体当然不成问题,但很遗憾的告诉大家,想用它来扫描复杂的手办,甚至高达模型之类的话,那就基本无望了……
机器的打印耗时显示
基于熔融沉积技术的民用3D打印机,其打印速度远比正常人想象的慢。以默认的标准精度,按照每层300微米的厚度打印下面的空心手表壳(3.75克重的物体),耗时半小时。而打印时间和层厚成正比,当调成100微米时,已经要1.5小时了。另外,ABS/PLA两种材质的打印速度几乎一样(都很慢)。
不幸中的万幸是,机器打印之前能根据模型的切片数据,精确地计算出所需要的线材长度。因为出丝速度恒定,这就能得到相当精准的时间预计,起码不用辛苦翘盼了。
以标准精度打印的手表外壳
正面可以看到打印机对物体内部的填充网格
打印质量方面,很多人都以为3D打印机的成品可以作为最终产品了,但实际上它们更像是毛坯,如果对外形和精度要求高的话,成品本身还是经过再次打磨才能见人的。
da Vinci 1.0的打印精度算是标准水平,层内质量要高于层间接合处(废话)。侧面可以看到每一层堆叠的原料。知道层厚后,我们甚至可以根据层数计算出成品的实际高度。
成品转角处的纵向排列比较规整,说明机器打印头的精度还比较高,而且机身没有过多的震动。
上为最高精度100微米层厚的成品,下为默认精度300微米层厚的产品。因为熔丝越细结合越好,所以高精度模式下的成品要更加结实。
选取不同的填充密度,也会影响成品的内部填充形式。上图左边采用的是默认精度和填充模式;右侧是加厚模式,成品内部甚至采用了类似加强筋的结构。
左为ABS,右为PLA
打印同一个表壳,左为ABS材质,右为PLA材质
不同精度下,改变的主要是原料热熔丝的宽度,虽然对打印速度影响巨大,但其对成品重量的影响远不如材质来得大。
刚出炉的PLA成品
用半透明PLA材料打印出来的成品,因为本身透明,质感要更加复杂漂亮,不过细致度上并没有明显差别。
为一个智能手表打印的手表壳
抛开表面细致度不谈,3D打印依旧可以满足很多产品的精度要求。刚打印出来的手表壳,即使完全不用调整,也能完美塞进去(之后还要设计一个后盖……)。
机器于2014年末就已在京东、亚马逊、淘宝、苏宁易购上架(原来它们还卖3D打印机…),da Vinci 1.0 AiO现在的售价为8500元左右,而没有3D扫描功能的基础版为4700元左右,它的耗材盒为199元。一盒耗材包括600g的原材料,能打印出接近600g的成品,其价格还比较亲民。
虽然市面上有不少价格更加低廉的3D打印机,但它们能打印出来的物体尺寸远不如da Vinci 1.0大。如果论成品大小计算的话,其依旧是性价比数一数二的3D打印机。而使用流程不科学,打印速度慢,表面精度不足,校正相当麻烦等问题,其实也是同价位3D打印机的通病。
不过最遗憾的,是其3D扫描功能实用性确实比较低,建议想剁手的企业或极客,直接选择不带扫描功能的普通版。另外要切记,在开箱后不要随便搬动机器和校正平台……