极地打印机
该项目是构建一个基于极地打印机技术的，高度便携、易于扩展的 3D 打印机模型。
当我们接到这个项目时，我们对小型电子元件和步进电机有一个粗略的了解。我们对 Makerbot 上的零件打印一无所知，更不用说 Arduino 编程了。多亏了之前团队在该项目上的工作，我们对相关的数学有一个粗略的了解，他们还为我们指明了如何编程 Arduino 和运行电机。我们的第一次头脑风暴会议很有效率，我们制定了一些切实可行的目标，我们认为可以在四周内完成这些目标。我们希望有一个三根支柱中的一个建成并运行（即使运行不顺畅）。我们每个人都决定完成不同的任务，以便完成更多工作。
在我们能够提出我们认为合适的方案之前，还需要做很多事情。在该项目的几乎所有方面，我们都是从零开始。需要下载合适的软件，我们需要进行很多研究，阅读和观看许多教程来帮助我们理解我们使用的工具。我们不可避免地遇到了软件方面的问题，涉及不兼容性和格式问题。
材料选择也是设计过程中的重要组成部分。我们需要确定最适合我们需求的电机。我们还需要找到坚固的材料来构建我们的框架。我们想用编织钓鱼线代替线，但对于这个模型，线更适合我们的需求。回顾过去，我们会对有机玻璃的厚度进行一些修改，但考虑到我们的资源有限，它还是适合我们的目的。
在用 Arduino 配合 Adafruit 电机屏蔽进行了短暂的试验后，我们能够让步进电机运行起来。然而，电机 2 出现了跳步现象，导致电机顺序出错，这对我们的打印机来说将是灾难性的。经过一些简单的故障排除，我们排除了电压问题、电机故障、电机屏蔽故障、Arduino 故障以及任何线路故障。我们终于发现 Arduino 代码中设置的 RPM 太高了，这显然是一个常见问题，只需几个按键即可轻松解决。我们调整了 Adafruit multistepper 代码，最终得到了 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arduino_code_1.pdf
我们必须找到一种方法，让打印头能够从电机组件移出并移回，而不会改变打印头移动的平面。为了做到这一点，我们必须保持电机和打印头之间的直角。我们使用勾股定理来计算步进电机运行的速度。我们知道 A 的高度始终为 12 英寸，因为这是两个 U 形螺栓安装的距离。这意味着我们只需要找到 ∆C: ∆B 的比率。这个比率将使我们能够在打印头从初始点移动到下一个所需点时保持打印头水平。
我们正在寻找 B 的变化量和 C 的变化量。首先，我们选择两个 B，然后使用勾股定理找到 C。
- A^2+B^2=C^2
- 1) 12^2+6^2=C^2
- 2) 12^2+9^2=C^2
为了找到 ∆C
- C2-C1 =∆C
- 15-13.42 =∆C
- 1.58=∆C
为了找到 ∆B
- B2-B1 =∆B
- 9-6=∆B
- 3=∆B
现在我们知道比率为 1.58:3。这意味着对于底座移动的每 3 个单位（无论是朝向电机还是远离电机），斜边都必须移动 1.58 个单位。现在可以将这个比率编程到步进电机中，打印头应该保持在水平平面上。
我们对最终产品的形状有一个模糊的概念，但我们需要澄清一些事情，并制定一个可靠的计划来实际创建它。以下是一些我们提出的早期草图，考虑到现有的材料和我们的知识，这是一个切实可行且可构建的设计。我们最终选择了草图 2 中代表的电机组件，但这仍然留下了我们如何控制 Z 轴的问题。我们考虑使用滑轮系统或齿形带和一组齿轮。在向我们班上提出这个问题后，我们得到了很好的反馈。有人建议我们使用一段全螺纹和一个支架来控制垂直运动。一个电机将驱动全螺纹，电机组件将随着螺纹穿过支架而上下移动。下图是我们在 Makerbot 上打印的电机支架和电机安装座的非比例模型。
到了某个阶段，我们需要将所有这些讨论和设计付诸实践。我们决定建造的第一件事是电机组件，我们用我们的步进电机和一组 U 形螺栓改装了一块有机玻璃。然后，我们在电机上安装了小线轴，然后用线绕线轴，这些线临时作为我们的电缆（我们的最终产品将使用编织钓鱼线）。我们从 U 形螺栓中穿过线，并在末端系上一个螺母，模拟打印头的重量。以下是一张我们完成的电机组件的照片。
构建的下一部分是电机安装座。这是电机组件将连接到的实际塔架。使用攻丝套和丝锥，我们在 3/8 全螺纹的两端设置了导向销。
我们使用了一个坚固的木制底座和一系列有机玻璃支架来容纳全螺纹。我们使用较小的 1/8" 全螺纹将所有东西夹在一起。
下一步是将两个组件连接在一起，以创建一个实际起作用的部件。为此，我们使用 sketchup 设计了一个可以打印在 Makerbot 上的安装支架。这些支架将固定到我们的电机组件上，然后使用一组 3/8 螺母螺纹到电机安装座上。螺母被埋入支架中，然后用环氧树脂固定。
然后，我们用胶合板和有机玻璃构建了一个简单的两级构建平台。想法是顶部将是实际的构建平台，底部将用于安装电机和控制 Z 轴的齿轮组件。
就我们的原型能够有效地运行而言，我们略微落后，因为我们无法在我们的 3D 打印机上实际打印任何东西。话虽如此，我们还是让其中的一些功能运行起来。电机组件完成之后，我们对电机进行编程，使其同步运行。我们在线绳末端系了一个 3/8" 螺母，模拟打印头的重量，我们能够通过电机使其上下移动。不幸的是，如果没有另外两根支柱来支撑它，螺母只会悬挂在那里，靠近支柱。我们最终没有完成最终产品，但对我们在如此短的时间内取得的进展感到满意。