2021年1月23日 星期六

3DP : 萬向蛇管夾修補零件

2021年1月23日 星期六
拿出多年前買來為 Wimmote 電子白皮夾 Wiimote 的萬向蛇管夾,準備用來夾手機拍影片,不知怎麼地,萬向球頭和夾子之間的卡座居然斷裂噴飛了,放了好久,前幾天決定畫模型來修補。


上面這模型可是印了四個失敗的,才弄出穩定的版本,可見原來的想法多簡單。


原本以為球頭座鑽個孔,鎖上螺絲就可以了。一來沒考慮到球頭座的塑膠並不夠硬,拆裝個兩三次,鑽孔就幾乎快崩掉了;再來沒想到光鎖一顆螺絲,夾子無法牢牢的固定住,還是會旋轉。

最後決定在底盤邊緣加上邊及可以鎖螺絲的兩個耳朵。


原來的球頭座是分成兩件,然後用一顆螺絲鎖住來固定的,牽就這顆螺絲並不長,修補模型的耳朵不敢設計得太厚,缺點就是日後有可能由這裡斷裂。因為不想再重印,只好先用打火機烤過,看看會不會因為退火,讓它稍耐用一點。

夾子的固定是利用帶有斜面的突邊卡住的,這一部份可以學起來,應用在分件的重組上。有空的話,應該乾脆整個球頭座都重畫,一體成形或許可以更堅固。




3DP : 彩色的 Lithophane 相片

每次跟別人介紹 3D printer 時,總會被問到一個問題:「那可以印彩色(多色)的嗎?」。之前玩過兩個擠出機加上一個 Y 字接頭,兩種不同的料共用一個噴頭的方式來列出雙色混合的物件,不過這種「二進一出」的方式並不好控制,雖然可以自動換料,但是列的時間就更久了。玩了幾次,最後還是放棄了。

前幾天看到有人做了彩色的 Lithophane 相片,不過作者都沒有分享詳細的做法,網路上也找不到相關的資料,不過這可又把我的好奇心給燃燒了。混出各種顏色的方法,不外乎就是 RGB 或是 CMYK 分多色,然後加在一起。初步的想法就是將原始相片分色列印成薄片,然後套疊在一起,以光學的方式混色。既然是光學的方式混色,直覺就認為該採用 RGB 來分色列印,也就是將相片分別提取出紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)的部份,分開存成三個不同的檔案。把三個圖檔轉成 3D 模型,最後用對應顏色的料印出來。

花了不少時間的等待,RGB三色的照片印好了,的確能呈現出多種顏色,但卻有嚴重的色差。本來以為只是厚薄影響顏色的表現,不過試了幾組不同厚薄,顏色還是差太多。

之後和朋友討論了一下,決定來試一下 CMYK 混色的方式,不過我沒有青色(Cyan)、洋紅色(Mageta)的料,只好先以紅色、藍色和黃色的料來實驗,雖不準,應該也不會差太多吧!

底下是同事家小狗的照片和以 CMYK 原理分色 3D 列印的結果:

CMY三色列印LED燈泡打光混色結果

原始照片長這樣 :

原始相片

將相片依 CMYK 四色分解

用 GIMP 2.10.18 上方主選單 [顏色] 的 [構成要素] 中的 [提取成分],將 CMYK 的 C, M , Y 單獨分解後存檔


記得在「提取成分」的對話框中要勾選「Invert component」:


將 CMY 三色都單獨存檔



補充說明:

上述的CMYK 分解的方法在 GIMP 2.10.20 以後就不適用,詳見:

以 Cura 製作相片模型

在 Cura 中,如果開啟的檔案是圖片檔,可以將圖片轉為 3D 模型,模型的高度就是各點的明暗度,所以可以用來將前面 CMY 三色的圖檔轉為 3D 模型,然後用 3D printer 來輸出。



轉換相片為模型時,可以設定模型的大小跟高度,上面的設定圖的部份會有 0.5mm,另外底部有 0.2mm, 所以模型的總高應該是 0.5 + 0.2 = 0.7 mm。(可能還要再觀察一下總高度的算法,後來發現有的是 0.5 + 0.2 * 2 = 0.9,不知道是不是新版 Cura 的問題)

3D printer 輸出的相片如果太厚,光源如果又夠亮,勢必會影響到混色的效果;但是如果太薄,顏色的層次又有可能打折扣,所以厚、薄的拿捏,可能還是要自己去試。

3D printer 輸出結果

每一個相片模型以 0.1mm 層高來進行切片,底下是 CMY 三色製作完模型,以 3D printer 輸出後,並在後面打燈的結果,注意兩兩交疊的部份,顏色有變化:


三色前後順序不同,也會製造出不同的效果:



前述 CMY 三色的相片模型放到 Thingiverse 網站中:

ps. 這篇從 2020.02.11 放到現在,總算把它整理了。

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GIMP : CMYK 分色與結合

去年以 GIMP 把照片按照 CMYK 分色後,再用 Cura 製作 Cyan、Magenta、Yellow 三色的模型,最後以 3D printer 分別用藍色、紅色和黃色印出來,打光混色,可以變成彩色的照片,還滿好玩的。


不過後來 GIMP 由 2.10.18 更新為 2.10.20 版本以後,才發現新版的 CMYK 四色分離的結果居然不同了。舊版顏色分解,CMYK 雖然號稱分為四色,但是黑色的部份已和 CMY 三色結合,所以如果單獨取出黑色(CMYK Key),會是空白一片;而新版的似乎才是真正的四色分離。

下面是新版 (2.10.22) 和舊版 (2.10.18) 以 [顏色]→[構成要素]→[提取成分]→[CMYK Cyan] 把青色分離出來的結果。下面那張(2.10.18)的可以看到照片層次是比較完整的,可見它把 CMYK Key (黑色) 那層的明層混到 CKMYK Cyan 中了;而上面那張(2.10.22),則是單純只有青色的部份。

GIMP 2.10.22 CMYK Cyan 
GIMP 2.10.18 CMYK Cyan

以製作照片分色後的模型來說,只需要 CMY 三色而已,舊版的 GIMP 反而比較符合我的需求。那如果已經安裝新版的 GIMP (2.10.20 以後的版本),要如何製作相片的 CMY 三色的圖檔呢?

試了一天,總算有一點小小的心得,趕快紀錄下來。

CMYK 四色中的 K (黑色),主要是控制明暗,所以如果我們將它分別和 CMY 三色結合,而且結合時,限定黑色只是用在「變暗」,這樣子就能得出和舊版 GIMP 的分色類似的結果了。

步驟一,開啟要處理的照片檔案,並進行顏色的分解。

按上方主選單中的 [顏色]→[構成要素]→[分解]


出現顏色分解的對話框,色彩模式選 [CMYK],記得勾選「分解到數個圖層中」,好了就按「確定」鈕。



步驟二,將每一個圖層的顏色都「反相」。

先點一下要處理的圖層,然後點選上方主選單中的 [顏色]→[反轉]。重覆前面的動作,直到四個顏色的圖層都「反轉」完畢。


步驟三,將黑色圖層移到最上層。

先按一下黑色的圖層,然後點選上方主選單 [圖層]→[堆疊]→[圖層提升至頂層]


步驟四,將黑色的圖層模式設為「僅變暗」

對準黑色的圖層快按兩下:


出現「編輯圖層屬性」對話框後,「模式」選「僅變暗」:


步驟五,將 Cyan (氰藍)圖層和黑色圖層合併。

在圖層選擇區中,將黑色及 Cyan(氰藍)兩層設定為可看見的,另外兩個圖層則設為不可見。

圖層設定好,就點選上方主選單 [影像]→[合併看得見的圖層]

出現「圖層合併選項」對話框,選取「Clipped to bottom layer」,並勾選「放棄不可見圖層」。選好了就可以按「合併」。


步驟六,匯出 Cyan 色的圖檔。

點選上方主選單中的 [檔案]→[Export As],將圖檔匯出。


匯出成功以後,先還原前一次合併的動作,可以繼續處理另外兩個顏色:


重覆步驟五和步驟六,將 Magenta (洋紅)、Yellow (黃) 兩色分別和黑色圖層合併及匯出。

合併洋紅和黑兩色
合併黃和黑兩色


CMY 三色的圖檔案製作好,就可以準備轉為 3D 模型了。


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2021年1月17日 星期日

DIY : 以迴紋針做掛環

2021年1月17日 星期日
以前用 3D printer 印的小吊飾,經常是斷在掛環,後來都改設計,物件留孔,然後再用小迴紋去凹掛環。原來都是以尖嘴鉗直接凹,結果當然是是大大小小,尺寸不一,然後也不圓。這種事還是有個冶具來輔助比較有效率,品質也穩定。

拿了一支原子筆,把筆頭拆掉後,筆身前端的口徑大小剛好,而螺紋也能輔助定位,滿好用的。可惜這塑膠筆身,三兩下就被尖嘴鉗給夾碎了。

看到桌上M3內六角的螺絲,由於螺絲頭中央內凹,拿來當冶具也不錯哦!

步驟一,將迴紋針拉直,靠在M3內六角螺絲頭後,以尖嘴鉗夾住固定。


步驟二,另一手壓著迴紋針,開始慢慢旋轉繞圈。


步驟三,取下凹好的迴紋針


步驟四,以斜口鉗剪下鐵環


最後以銼刀把端點稍微打磨一下,就可以套到物件上了。


這個環開口的兩個端點是上下錯開的,結合只要把它輕凹對齊就好,這樣比較能維持圓形,之前凹好後要再拉開,一來一往,圓都變形了。

有冶具果然比較有效率,一下子就做了好幾個鑰匙圈。




3DP : 以 G92 設定目前的座標值

 在「雄 : 3DP : 自製音樂盒唱盤」中提到,Delta 3D printer 可以利用 M665 Hn 來動態設定印表機高度值,以改變噴頭的起啟高度。但是我的 Prusa i3 和 SmartrapCore 就只能手動去調 Z 軸的限位開關,用完還得再把它調回原來的高度,不但費時又耗力,那有沒有更簡單的方式?

G-code 中有一個 G92 可以設定各軸的值,假設在執行完 G28 將各軸都回到原點(Home)以後,接著移動了位置,我們可以用新的位置來當作之後的「零」,只要不再執行 G28,之後的位置都會以新的「零」來起算。

利用前面的原理,以自製音樂盒唱盤為例,在印完定位用的光盤中心圓環以後,先調整 Z 軸高度為光碟的高度,然後執行這一行指令:


G92 Z0


這樣子,系統就認定目前的位置的 Z 是零了。



不過,我們要修改一下切片過的 G-code,將裡面的 G28 那行註解掉,不然都白玩了。



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3DP : SmartrapCore 皮帶鬆緊校正

 上週要印音樂盒的碟盤時,才發現前一陣子才大保養的 SmartrapCore 3D printer 印出來的圓居然不圓,最有可能的是 X、Y 軸的兩條皮帶鬆緊不一。放著幾天,把熱端的零件都拆了,裝上一枝鉛筆來驗證並調整。

在 Thingiverse 中的這個工具用來調整皮帶滿好的,至少比我自己的感覺要科學一點:

雖然作者用的標題是:Belt tension gauge for ATOM 3D printer

不是 ATOM 也滿好用的。


把工具夾在一側的皮帶,並在指針停留處用鉛筆做上記號;換到另外一側後,果然兩條皮帶的鬆緊是有差的。

調整完再重新檢測,調到差不多緊以後,果然畫得比較圓了。

CoreXY 和 Delta 型的 3D printer 用多條皮帶來協同移動座標,皮帶的鬆緊實在太重要了。



2021年1月14日 星期四

3DP : 自製音樂盒音筒

2021年1月14日 星期四

玩完碟盤式音樂盒的唱盤自製以後,當然也要改裝一下比較容易取得的音樂盒。剛好小孩子有兩個音樂盒,而且很大方的拿來給老爸拆。幸好我沒有很衝動的下重手,好好的研究一番以後,才拿出尖嘴鉗,小心翼翼地將「音筒」完整的拆下來。


上面這種 18 音的音樂盒是利用帶有鋼針的音筒來撥動音梳發出聲音。基本上能輕鬆拆解的就是鎖上兩顆螺絲的音梳,和由一顆無頭 M5 螺絲固定的音筒,其它的都是用鉚釘鎖死了。

音筒的螺絲雖然無頭,但是因為它是中空的,可以用尖嘴鉗慢慢轉開:


建議在鬆開音筒的螺絲時,照片左上角黑色蓋子下方,減速用的齒輪最好用手壓著,不然,音筒鬆動後,發條的簧片有可能會瞬間鬆開,把音筒上的齒輪打壞掉。


拆下的音筒可以分解為三個部份,除了中間帶有針的空心鋼筒外,左邊的黑色蓋子帶有和發條齒輪連動的齒輪,右邊的黑色蓋子則是當轉軸用。


齒輪要用 3D printer 印到合用、耐用比較複雜,所以這次的自製音筒只把目標放在上面照片中央的音筒和右邊轉軸的黑色蓋子,將它們合而為一。齒輪蓋子則使用原有的。


音筒產生器用的是 OpenSCAD 程式,產生器的專案名稱為 MusicBoxCustomCylinder 放在 GitHub 中:


自訂音符代號

MusicBoxCustomDisc 一樣,在 MusicBoxCustomCylinder 的主程式 music-box-custom-cylinder.scad 中有一個變數 notesIndexMap ,用來定義音符代號與音梳上簧片的對應。

以前面照片中的音樂盒來說,它的音梳有 18 根簧片,代表的音依序分成三個八度:

  • A#3、B3
  • C4、D4、E4、F4、G4、G#4、A、A#4、B4
  • C5、C#5、D5、D#5、E5、E#5、F5

MusicBoxCustomDisc 程式一樣,音符用的代號(數字),1 = C、2 = D、3 = E、4 = F、5 = G、6 = A、7 = B;低音用負數 -1~-7,中音用 1~7,高音則用 10~70,半音則在代號再加上 0.5 的記號。所以三個八度用到的音符代號依序為:

  • -6.5, -7
  • 1, 2, 3, 4, 5, 5.5, 6, 6.5, 7
  • 10, 10.5, 20, 20.5, 30, 30.5 40
上面的代號依序分別對應到音梳的簧片 1~18 。

如果音梳上的音不同,可以自行修改  notesIndexMap 的左側第一欄,以方便編寫樂曲。

編寫樂曲的方式和 MusicBoxCustomDisc 一樣,就不再贅述。

組合音筒

用 3D printer 印好的音筒有兩個缺口,而原來的齒輪蓋內側則有兩個小凸起,對準了,應該就能組盒起來。


合體後的音筒重新鎖回音樂盒就能進行測試了。


下面錄了一小段測試的影片


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2021年1月13日 星期三

3DP : 自製音樂盒唱盤

2021年1月13日 星期三

以前對怎麼自製音樂盒就很感興趣,剛好回收了一部人家不要的唱盤式音樂盒,拿到了,第一件事當然是拆開來研究一番。常見的音樂盒是用音筒上的針來撥動簧片振動,發出聲音;而唱盤式的音樂盒則是利用碟形鋼片上的突起來撥動星形輪,星形輪再撥動簧片振動,發出聲音。

在網路上找到碟盤式音樂盒的相關專利說明書:

手上這部碟盤式音樂盒用的碟盤和 CD/DVD 是一樣的大小,最大的差別是音樂盒用的鋼片比較薄,另外,鋼片上還多了一個孔可以在旋轉時固定。



在反覆的量測後,我拿舊光碟片鑽了孔、並直接以打火機加熱 3D printer 用的 PLA 線後,沾黏在光碟片上,放到音樂盒碟片座上,真的可以發出樂音。



初試成功後,當然不可能這樣一個個音符的燒出來。所以利用 OpenSCAD 寫了支程式來產出樂曲所需要的「小凸點」。




程式經過不斷的測試與修正後,放到 GitHub 上,MusicBoxCustomDisc 專案的網址如下:

 
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