階段二：基本設備

學習雷射切割機與 3D 列印機的使用方式，以製作零件。

雷射切割機

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雷射切割機若操作不當將導致火災，操作時請小心並多加確認。

▲ 實驗室的雷射切割機

以下將雷射切割機簡稱為雷切機。

取得 DXF 檔

雷切機需要使用 DXF 檔（或其它類似的 2D 圖檔）。若檔案是使用 onshape 繪製，只要將目標平面匯出即可。

在 onshape 中打開目標模型，選擇目標平面並按下滑鼠右鍵，在右鍵選單中點選「匯出為 DXF/DWG」。

▲ onshape 匯出

調整匯出參數如下：

• 檔案名稱：自行決定
• 格式：DXF
• 版本：Release 14
• 選項：自行決定
• [ ] 將不規則曲線匯出為聚合線
• [√] 將 z-高度設定為零，法線設定為正的

▲ DXF 匯出設定

按下「匯出」後就會下載該 DXF 檔。然後將該 DXF 檔放到實驗室 NAS 或使用隨身碟複製到雷切機電腦上，就可以後續的步驟。

若使用 SolidWorks 的話，請調整視角以正對目標平面，再另存新檔（Save As）並在檔案格式選擇「DXF」後，確認就可以了。

雷切機開機

開機前先確認鑰匙開關是否已開啟，且緊急停機按鈕「STOP」沒有被按下。

雷切機相關的設備總共有 4 個，使用時請將它們依序打開電源，依序分別為：

• 水冷機
• 水冷液幫補
• 排風扇
• 雷射切割機

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• 雷切機及相關設備開機後至少要等待 5 分鐘以上，才可以進行作業。
• 打開電源後一定要注意各機器是否有在運作，若有問題將有可能導致火災。

▲ 雷切機各電源開關

▲ 雷切機開機

導入 DXF 檔

操作雷切機請使用雷切機專用的電腦，並打開專用程式「LaserCut 5.3」。

▲ 雷切機程式「LaserCut 5.3」

依序點擊 文件 > 導入 並選擇目標 DXF 檔後開啟。注意是「導入」而不是「打開」。

▲ 導入 DXF 檔

由於繪圖軟體換成 DXF 檔後會形成斷點，而每個斷點都會是一個路徑 ，故在切割前需要使用「合併相連線」減少斷點。

請全選後依序點擊 工具 > 合併相連線。調整容差值，視圖檔情況而定，通常預設 0.01，點選「OK」即完成。

▲ 合併相連線

設定參數及圖層

接下來要設定雷切參數及圖層。

在雷切機程式右上角會看到目前的圖層及設定。若要進行雷射切割，請將該圖層的「模式」改成「鐳射切割」。

▲ 圖層

對目標圖層點擊 2 下來開啟參數設置視窗。基本的雷切參數設定如下：

• 加工速度：視實際要切割之壓克力厚度而定(以下數據僅供參考)
  1. 2mm 速度0.7，1次即可切穿
  2. 3mm 速度0.7，1次即可切穿
  3. 5mm 速度0.3，1次即可切穿
  4. 10mm 速度0.3，2次即可切穿
• 加工功率：70.0（⚠️ 請勿超過此數值，嚴重將導致火災 ⚠️）
• 拐彎功率：70.0（⚠️ 請勿超過此數值，嚴重將導致火災 ⚠️）
• 封口重疊長度：0.0
• 吹氣模式：一直吹氣（⚠️ 請勿亂調此設定，嚴重將導致火災 ⚠️）

而雷切參數中的加工速度要視要切割的壓克力厚度而定。實際數值請詢問學長或自行嘗試。

若要切割的目標零件是中間沒有孔洞，只有外框輪廓的，那就只要設定一個圖層就可以了。但如果是中間有孔洞（如螺絲孔、鏤空）的話，那外框輪廓的線條與內部孔洞的線條要設定不同的圖層，且內部孔洞的圖層順序要在前（雷切機製作的順序為圖層較高的先），這樣做的目的是避免零件切割掉落後產生的誤差。

雷切機操作

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操作雷切機時，如果出現任何問題或預期外事件，立刻按下緊急停機按鈕（STOP）。

設定好參數後就可以按下雷切機程式右下角的「下載數據」，再按下「下載當前加工資料」，程式就會將資料傳輸到雷切機中。

• 有時後會跳出資料傳輸失敗的訊息，請多嘗試幾次。
• 請確定雷切機已經開機了再下載數據。

開啟雷切機上蓋，將要切割的壓克力板放入。要注意切割範圍不可以超過底下的金屬蜂巢網。

使用雷切機程式上的「Y+」、「Y-」、「X+」、「X-」來移動雷射頭。

將雷射頭移動到壓克力板上，預計要切割的圖形最右上角的位置，並在雷射頭及壓克力板之間放置對焦片。手扶著雷射頭下方，並用手輕輕地將雷射頭對焦螺絲轉鬆，令雷射頭碰觸對焦片，再用手轉緊螺絲，即完成對焦。

對焦完成後就可以將對焦片拿起並收納好。

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• 請注意手一定要扶著雷射頭再轉鬆螺絲，不然雷射頭會突然掉落造成撞擊，導致失焦。
• 這裡要轉靜/鬆的螺絲是比較上面的內六角黑色螺絲，不是連接著吹氣管的銀色手轉螺絲（吹氣氣閥調整螺絲）。若發現轉錯請立即停止操作，並告知學長。

▲ 雷射頭對焦。

完成對焦後可以按下雷切機程式右側的「走邊框」，這時雷射頭會繞著要切割形狀的最大外接矩形，可以依據它移動的路徑與範圍來判斷壓克力板的空間是否足夠，若不足夠請調整雷射頭位置或移動/更換壓克力板。

都確定沒問題後，將雷切機的上蓋蓋起，並按下雷切機程式右側的「開始」，機台就會開始進行動作。雷切機運作時會產生高強度雷射，請勿用眼睛直視，否則會受傷。

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雷切機運作時一定要待旁邊，若有意外發生請立刻按下緊急停機按鈕（STOP）。

等雷切機完成後即可打開上蓋，小力觸碰切割零件，確認是否已經完全切斷，如果沒有切斷，可以再次進行切割。如果已經完全切斷，就可以將零件及壓克力板拿起，將切割之餘碎料丟到垃圾桶。

復歸

如果雷切工作都已經結束了，請進行復歸動作。

• 將雷射頭對焦調整螺絲轉鬆，把雷射對焦頭完全升起後再鎖上。
• 按下雷切機程式的「原點」（X-Y 平面），等待雷射頭自動回到原點。
• 將壓克力板拿出並且清潔乾淨。
• 蓋上雷切機的上蓋。

雷切機關機

要關機的話，請將各設備依序開機時的相反順序關閉電源，依序分別為：

• 雷射切割機
• 排風扇
• 水冷液幫補
• 水冷機

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一定要確定機台都確實關機停止運作，否則有可能導致火災。

3D 列印機

目前實驗室共有 4 台 3D 列印機，分別為：

• Creality CR-5 Pro（白框藍箱，Cura切片）
• Creality Ender-5 Pro （黑色無箱，Cura切片）
• Creality CR-30 3DPrintMill（黑色履帶，Cura切片）
• Bambu X1-Carbon Combo(銀色黑箱，Bambu Studio切片)

• 已停用
  • UP BOX+(維護後可使用，UP Studio切片，專印ABS)
  • ATOM 2.5 EX/FX

以下以「ATOM 2.5 EX/FX(已停用)」示範 3D 列印機的使用操作。

3D 列印機的參數設定請見：docs/3d-printer

取得 STL 檔

要列印 3D 模型，首先要取得該模型的 STL 檔。若想要列印在 onshape 上繪製的模型，只要將該模型匯出即可。

在 onshape 中打開欲列印的檔案，在下方的元件列中以對目標元件點擊滑鼠右鍵，並選擇「匯出」。

▲ 在 onshape 匯出

調整匯出的設定如下：

• 檔案名稱：自行決定
• 格式：STL
• STL 格式：二進制
• 單位：Milimeter（實驗室習慣 MMGS 制，實際請依照該模型的真實單位選擇。）
• 解析度：自行決定
• 選項：自行決定

按下「確定」後就會下載該模型的 STL 檔。

▲ onshape 匯出 STL 設定

若使用 SolidWorks 的話，請直接開啟目標模型的檔案，並另存新檔（Save As），在檔案格式中選擇「STL」即可。

設定切片軟體

3D 列印機無法直接列印 STL 檔，必須要使用切片軟體設定好列印參數後，再將 STL 檔轉換成 G-Code 檔（.gcode）才可以進行列印。

切片軟體有非常多種，如 Cura、Simplify3D、Slic3r、KISSlicer，等等。

以下分別介紹目前實驗室使用切片軟體，Cura及Bambu Studio。

🔴Cura

Cura 軟體可以在實驗室 NAS 中找到，也可以去 ATOM 官網下載。
唯要注意 ATOM 官網所提供的 Cura 才有包含其 3D 列印機的基本設定，直接到 Ultimaker 下載的 Cura 沒有。

首次安裝完 Cura 時，應會請你選擇 3D 列印機的型號，請依照自己實際要使用的機台作選擇（未來還可以改）。

▲ Cura 介面

列印設定使用「推薦」即可，列印有問題再依照需求做更改。(ex:支撐，回抽，等等。視模型情況調整。)

md註解有ATOM參數

🚩 Cura切片示範影片。參數用推薦即可。

設定好列印參數後就可以進行切片。

將目標 STL 檔加到 Cura 中（開啟檔案或直接拖拉）。當模型進入到 Cura 中時，可以選擇它，並利用左側的列表來旋轉、移動或複製該模型。

點擊右下角的「準備」就會開始進行切片。切片完成後可以在上方的下拉時選單中將「實體檢視」改成「分層檢視」，來觀察切片完成後的模型。

▲ Cura 的分層檢視

確定沒問題後就可以點擊右下角的「儲存檔案」，來輸出成 G-Code 檔（.gcode）。

🔴Bambu Studio

詳細內容請見:Bambu Lab Wiki

Bambu 3D列印機有自己的切片軟體該軟體可以透過帳號傳輸列印檔，不用透過SD卡。

• 軟體開啟後用實驗室帳號(帳號:nfurobotlab.member@gmail.com)登入

• 把檔案拉進Bambu Studio 或 點選左上File -> Open Project

• 調整切片參數

  • 噴嘴選擇Bambu Lab X1 Carbon 0.4 nozzle
  • Bed type選擇Textured PEI Plate(紋理PEI打印版)
  • Filamet點選自動同步

• 重新同步AMS

• 其他
  • 新增副廠料

準備列印

Creality CR-5 Pro 與 Ender-5 Pro 需要在列印前手動調平。若平台太低會造成料黏不上平台，反之噴嘴有可能撞壞列印平台。

需要手動調平的列印機，須看著列印機印完第一層才可離開。

🚩 調平示範影片。

• 步驟：
  • 回到原點(auto home)
  • 關閉步進馬達(若Z軸會動則不關)
  • 將噴嘴移到平台4個角落
  • 墊上白紙，移動白紙(或噴嘴)感受平台高度

    螺母向上轉->平台向下，螺母向下轉->平台向上

  • 調完即可開始列印第一層，並微調螺母直到料能黏上平台

進行列印

將3D列印機上的 SD 卡取下，並將 G-Code 列印檔（.gcode）放到 SD 卡內，再將 SD 卡插回機台並開啟電源。

3D列印機無法讀取中文檔名，會變成亂碼，故檔名請使用英文或數字。

在3D列印機的選單中，選擇「Print Form SD」，找到要列印的檔案並點選列印。

此時就會進入列印程序，機台會先進行平台（熱床）加熱，完成後再進行噴嘴加熱。當平台與擠出頭都加熱到目標溫度後，就會自動開始進行列印。

開始進行列印後，可以先觀察一開始第一層的列印情況，如果有問題（如沒有附著）的話，可以馬上暫停列印，進行調整後再重新列印。如果第一層的列印沒有什麽問題的話，就可以等待列印完成了。

若要停止列印，可在選單中選擇「Stop Print & Home」。

列印完成

列印完成，待溫度下降後取下列印板，輕摺列印板使打印件翹邊即可取下列印件，並使用尖嘴鉗或斜口鉗將打印件上多餘的部分（如支撐支架、邊緣）去除。

需先取下列印板，不可直接在列印機上使用鏟刀。

Creality CR-5 Pro 之玻璃列印板可用剷刀取下列印件。

等待 3D 列印機的擠出頭溫度降到 100°C 以下後就可以關閉電源。離開時記得清潔乾净、將垃圾丟到垃圾桶並將工具放回原位。

其它注意事項

• 3D 列印的尺寸誤差較大，在進行模型繪製時請將此因素考慮進尺寸的設定中。
• 嘗試列印時可以將列印品質調低（如降低填充密度），來節省時間與耗材，等確定該模型沒問題後，再進行正式的列印。
• 3D 列印件的强度有限，如果需要較高强度的零件，請選擇其它加工成型方式，而不是一味地增加填充密度（填充密度建議不要超過 25%，再高的意義不大、强度增加有限，但會大幅增加列印時間與耗材使用）。
• 耗材規格比較圖
• 若列印時出現其他問題，請參考Bambu Lab Wiki 常见打印质量问题和解决办法

驗收-2：自行設計並製作機械手臂

使用「驗收-1」所繪製的 AX-12 馬達 3D 模型，再自行繪製其支撐零件，設計一個帶夾爪的機械手臂。並利用雷射切割機或 3D 列印機將零件製作出來，並完成組裝。

夾爪與機械手臂的結構不限（關節式、SCARA），但應要有辦法完成「驗收-4」的要求。

組裝時會用到螺絲，請將所有用到的螺絲規格（如 M2×10mm）列表記錄，以方便之後拆解完可以將螺絲按照正確的規格分類。