【打印虎】用OpenSCAD修改RepRap Prusa i3 3D打印机打印件设计图解
玩3D打印机，特别是桌面级3D打印机的朋友都知道，3D打印机里面，有一些关键的部件，是靠3D打印技术设计、制造的。可以说，3D打印机是目前真正深入应用了3D打印技术的产品，让3D打印技术有了一定的用武之地。
最近打印虎希望改造一台自己的RepRap Prusa i3 3D打印机（搭建过程详见【打印虎】零基础自制RepRap Prusa i3图解全攻略），这时候问题就来了。3D打印机中使用的大部分标准零件都比较好办，直接到市场上采购就可以了。用作框架的亚克力板，也可以使用CAD软件进行改进，再利用激光切割机进行切割。如果对亚克力板的改造比较感兴趣，可以参考【打印虎】用QCAD修改RepRap Prusa i3 3D打印机框架设计图解这篇文章。还剩下一类零件，就是采用3D打印技术生产的3D打印件。我们今天要讨论的主要内容，就是如何改进这些3D打印件。
类似于其他的机械零件设计工作，设计、修改、查看Prusa i3的3D打印零件，也需要CAD软件的辅助。同时，Prusa i3 3D打印机是一个开源硬件、软件设计，它不仅为全世界的技术爱好者提供了一个很好的3D打印机设计方案，而且需要吸引开源社区的回馈，贡献力量帮助其发展、壮大。因此，Prusa i3的设计者并没有基于售价昂贵的工业级CAD 工具进行开发，而是采用了一个开源、免费的CAD工具，OpenSCAD。
OpenSCAD的官方网址，在/。在的页面上，可以看到它的简单介绍。简单来说，OpenSCAD开源、免费，是一个面向机械零件设计的CAD软件。它与其他CAD软件不同点在于它不是一个交互式的CAD建模工具软件，而是采用一种脚本语言定义模型的形状。这样的好处，是用户可以完全控制3D模型的所有参数，并且特别有利于使用源代码管理工具，对3D模型的历史修改进行记录。但也是因为这样的特征，它不适合进行3D艺术类型的创作，如果有这方面的需求，还是应该使用一个交互式的建模工具。
可能大家都没怎么听说过OpenSCAD，更不会使用，这没有关系。我们这篇文章，与打印虎的系列文章采用了同样的思路，就是以我们的一个实际需求为例子，介绍OpenSCAD 的使用方法。这样，只要你跟着我们的例子一步一步做下去，就不仅学会了OpenSCAD 的基础使用，而且还明白了如何对你的Prusa i3进行改进。从此，不管你对你的3D打印机有任何不满，都可以自己动手不求人了。
做事情的第一步，我们需要准备好工作环境。OpenSCAD软件尺寸不大，只有8M多（打印虎本地下载，百度云下载）。下载完成后，按照软件提示进行安装即可。下面的教程，会假定大家已经安装好了这个软件。如果你已经准备好了，我们就要开始对Prusa i3 3D 打印件的改造工作了。
在我们开始动手之前，先打个小广告。打印虎日前已经开始销售RepRap Prusa i3 3D打印机套件，如果你自己或周围的朋友对搭建3D打印机感兴趣，不妨选择打印虎。我们提
供的元件，经过严格筛选，品质优良。3D打印机的关键部件都做了专门的优化，包括采用了优质步进电机、全铝挤出头、铝基板热床以及改进的梯形丝杆Z轴，让你的3D打印机达到更高的精度，并且经久耐用。不光硬件质量有保障，打印虎还特别提供免费的固件升级服务，从购买之日开始，打印虎承诺每季度一次，至少四次固件升级，给你的3D打印机提供无限助力。另外，打印虎还提供最好的3D打印机技术支持服务，与顾客做朋友，让你没有后顾之忧。如果想了解更多，请访问我们的产品页面
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第一节，需求分析
经过我的仔细研究和多方对比，我最终决定，以Prusa i3的一种改进型Prusa i3 vanilla （网址在github/josefprusa/Prusa3-vanilla）作为我的工作基础。这组文件，大家既可以从原始网站下载，也可以从本地下载（打印虎本地下载，百度云下载）。下载、解压Zip压缩包之后，我们可以看到两个文件夹，一个是distribution（分发用），里面保存了所有完成的.stl文件。想要做3D打印的朋友，直接拿这个打印就可以了。另一个文件夹是src（源代码），里面的一组文件，除了一个.dxf文件（用于激光切割的平面CAD设计）之外，剩下的都是.scad文件。这些.scad文件，就是用于OpenSCAD的源代码了。大家都知道，如果只有.stl文件，虽然是可以打印的，但要改造起来就有难度了。有了.scad文件，对3D打印件的改造就容易多啦。
我把这组.scad文件复制了一份，放到了自己的文件夹中，然后双击x-end-motor.scad，我们来看看Prusa i3中最复杂零件的情况吧。
免费分享源码的网址
双击x-end-motor.scad之后，出现了OpenSCAD的主窗口。窗口分为三个主要的区域。左侧是代码区，展示了正在处理的OpenSCAD脚本代码。我们可以直接在其中对代码进行编辑。右下是信息输出区，所有的OpenSCAD的输出信息，都会列在其中。未来我们会对脚本代码进行修改，如果出了错，会在这个区得到提示。认真研究出错提示，对快速解决问题是很有帮助的。最后，右上角是3D展示区。由于CAD算法很复杂，3D计算需要不少时间，因此不能实时展示用户对代码的修改，程序刚刚启动的时候，是一片空白的状态。
想看到3D效果展示，也不难。这时候，我们按下F6键，就会在提示栏出现一个进度条。等一会，当进度条前进到100%的时候，我们就可以在3D展示区看到完整的零件模型了。这时候，我们可以用鼠标右键拖放对视口进行平移操作，左键拖放对视口进行旋转操作。还可以通过菜单View – Show Axis展示坐标轴。当我们把零件调整到一个合适观察的位置后，我们可以看到窗口变成了这样：
了解了我们的工作基础之后，就需要看一下我们的目标了。首先还是上图，这是我在完成了所有的修改之后，x-end-motor的样子：
实际上，打印虎对这个零件做了不少的改进。主要的改进有
(1)    Z轴丝杆的安装位，由原来的M5丝杆，改进为梯形丝杆。这个改进增加了Z轴的稳定性，同时安装位要比原来大了不少。
(2)    X轴步进电机安装位，从原来的三个螺丝位的不封闭圈，改为了四个螺丝位的封闭圈。同时，为了让顶部很长的悬空部分能够顺利打印，增加了两个支撑板。
(3)    给X轴光轴增加了压力释放缝。更加便于X轴光轴的安装。
必须说明的是，这些需求，并不是凭空出现的，而是我在搭建、使用Prusa i3的过程中，由实际的问题引发的。同时，为了解决这些需求，也需要反复试验。虽然我们下面主要讲的都是如何修改OpenSCAD源代码，但你要知道，这些内容只是一项特定的技术，而并不是我的思考问题、解决问题的过程。想要学到更深入的内容，还需要多动手实践，并在实践中勤于思考。
第二节，源代码分析之一，bearing.scad文件
上一节我们已经把对Prusa i3 3D打印机的打印件的修改需求列清楚了，那下面具体该从何入手呢？很明显，想对3D打印机的打印件进行改进，就需要懂一些OpenSCAD。能读懂目前已有的代码，是最基础的一项要求。下面，我们就用x-end-motor.scad这个模型文
件作为例子，一条一条语句学习。很快你就会发现，看似晦涩难懂的语句，其实相当容易掌握。
源代码的第一段，并不是真正的脚本语句，而是一些注释信息。和很多种编程语言类似，注释信息是用两个斜线符号开始的一行。编辑器还很贴心的用绿字体显示，以示区别。这些注释信息，说明了这个文件的内容、版权信息（GNU GPL v3）、作者以及相关信息的网址。这些内容，对于帮助我们理解源代码，是很有帮助的。接下来，是这样的一行：
这一段只有一句话，是一条use语句。Use语句的作用，是引入另一个.scad文件。基本上，我们可以认为，就是把另一个.scad文件的全部内容，嵌入到use语句的位置处。既然这里引用了x-end.scad，我们就必须要看一下这个文件了。打开x-end.scad，一看不要紧，开头又是一行use语句。这次，被引用的文件，是bearing.scad。这样，我们要处理的就不是一个文件了，而是三个文件组成的一个文件组：
这下，我们要先从bearing.scad开始了。深呼吸一口气，打开bearing.scad，并按下F6键计算3D模型之后，可以看到这样的内容（手工调整角度之后）：
容易发现，这其实就是x-end-motor中，垂直的容纳LM8UU轴承的管道。因为与LM8UU 轴承的配合，是这套打印件的一项重要内容，因此不论是这样垂直的轴承托架，还是其他零件中使用的水平的轴承托架，都被归纳到了bearing.scad文件中。
我们还是集中于我们的任务，只看bearing.scad文件中与垂直托架相关的部分。其他部分有需要的朋友请自己研究。这样一个简单的零件（部分），首先定义了轴承的外径：
使用卡尺测量，或者一下资料，都能够容易得知，LM8UU的外径是15mm。在这里使用常量bearing_diameter表示。
然后，定义了托架的壁厚3mm，使用常量thinwall表示。那么。这个零件总的直径，就是LM8UU的外径加上两个壁厚，这个常量保存于bearing_size之中。到此为止，都是一些常量定义，很容易懂。下面就要稍微复杂一点了。

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