Adjustable Heated Bed/可调节加热床

▼本页面是密歇根理工大学 (MTU)课程MSE4777 OA 和 MSE4777 OB/MSE5777/EE4777/EE5777：开源 3D 打印 的一部分

请在讨论页留言。本课程在秋季学期开设，不开放 编辑。

通常，PCB加热床的电流约为10安培。这需要大量的功率和一个大功率电源，这在3D打印中是一个很大的问题。有时我们只需要打印一些小零件，所以不需要加热整个加热床。这就是我正在尝试解决的问题，这样在打印小零件时就不需要加热整个加热床了。我正在制作一个可调节的加热床，我们可以调节它的温度，只加热我们需要打印的部分。

3D打印机在使用PLA以外的材料进行打印时需要加热床。一种常见的加热床是PCB加热床，例如[1]。

基于此，我想制作一个尺寸相近但可调节的P​​CB加热床。所以我将PCB加热床的区域划分成四个矩形区域，如下图所示，每个矩形区域的面积相同。每个矩形区域都将铺设相同长度的铜线，因此每个矩形区域所需的电流和产生的热量也相同。

最内层的矩形始终处于开启状态，而其他三个矩形可以通过PCB侧面的开关进行控制。我手工制作了这块PCB，每个矩形的实测电阻为3.7欧姆，在12伏电源下，每个矩形可产生3.2安培的电流。

为了测量温度，我们将使用热敏电阻测量加热床中心区域的温度。根据设计，每个矩形区域产生的热量应该相同。热敏电阻不能直接接触加热床的PCB板，而应该接触加热床上方的玻璃板。因此，我在木质平台和加热床的中间钻了一个孔。这样，热敏电阻就能从打印机底部接触到玻璃板的底部。

在测试加热床时出现了一个问题：由于PCB板中间部分受热而外缘未受热，导致PCB板弯曲。因此，我制作了一个玻璃支架来固定玻璃板，并将其固定在木质平台上。玻璃板会将PCB加热床压紧在木质平台上，从而使加热床保持平整。此外，玻璃板与加热床紧密接触，也有助于提高热传递效率。

下图展示了PCB加热床的电路图。电路图仅包含电源焊盘、接地焊盘和三个双刀双掷开关（DPDT）。最内层的矩形始终连接到电源焊盘和接地焊盘，因此始终处于开启状态。其他三个矩形可以通过每个矩形对应的一个双刀双掷开关来控制其开启状态。连接开关和焊盘的走线构成加热元件，每个矩形的走线长度为625厘米。走线设计宽度为0.9毫米，因此在1盎司铜厚的情况下，预期电阻为3.4欧姆。但由于手工PCB蚀刻的误差，实际走线宽度会小于预期。因此，如上所述，每个矩形的实测电阻为3.7欧姆。

• 雅典娜3D打印机
• 焊接台
• 锡
• 钻头
• 螺丝刀
• 胶带

1. 本页面提供PCB设计文件。您可以按照以下说明手动制作PCB加热床，也可以委托专业制造商制作。
2. 请使用本页提供的设计文件打印玻璃杯托架。建议使用ABS材料，因为它更耐高温。
3. 将双刀双掷开关和较粗的导线焊接到PCB板上。
4. 在木质平台和加热床的中间位置钻一个孔。确保钻孔位置正好位于热端初始位置的正下方。
5. 将加热床连同玻璃罩一起放置在平台上，使加热床的中心正好位于热端初始状态的正下方。
6. 使用玻璃支架和 6 号螺丝固定加热床和玻璃的位置。
7. 将热敏电阻从底部穿过木平台上的孔。热敏电阻不能接触PCB板，而应接触玻璃面板。用胶带固定热敏电阻的位置。
8. 将较粗的电线连接到打印机控制器板的加热床连接器，将热敏电阻连接到打印机控制器板的加热床热敏电阻连接器。
9. 设置 3D 打印机的固件以使用加热床，并正确设置热敏电阻的参数。
10. 可调节加热床，随时可用！

• 在设置页面顶部将温度调整为 2
• 勾选页面中间部分新增的“床位”复选框，该复选框位于新增温度选项旁边。
• 然后设定 R0 = 10KΩ，R1 = 无穷大，Rc = 热敏电阻值，β = 热敏电阻的β值，Tc = 热敏电阻值为 Rc 时的温度。
• 启用设置页面底部的引脚。加热床需要引脚 D12。选中“有效”复选框，然后单击“设置”按钮。对热敏电阻执行相同的操作，使用引脚 A6。
• 完毕 ！

如果只需要制作一次PCB，建议使用专业制造商的服务，因为PCB蚀刻过程涉及危险化学品，而且由于初始设备成本较高，成本差异并不大。但如果需要多次制作，例如用于实验，那么手工制作可以节省大量成本和时间。

• 橡胶手套
• 呼吸面罩
• 安全眼镜
• 可打印A3尺寸的激光打印机或碳粉复印机
• 电熨斗或PCB覆膜机（更好）
• 钢锯
• 海绵

1. 最好先将PCB切割成所需尺寸，然后再进行蚀刻。佩戴呼吸面罩和护目镜。使用钢锯切割PCB。
2. 使用激光打印机将提供的 PCB 掩膜文件打印在 A3 照片纸上，或者使用普通打印机在 A3 纸上打印，然后使用复印机复印到 A3 照片纸上。
3. 使用金属抛光剂清洁PCB表面。确保铜箔抛光至光亮。这将使油墨更容易附着在铜箔表面。
4. 将纸张的印刷面与PCB的铜箔面对齐，然后使用电熨斗或PCB覆膜机将碳粉从纸张转移到PCB上。用电熨斗将纸张均匀地压在PCB的整个表面上。
5. 之后，不要将纸张从PCB板上撕下来。而是用水浸湿纸张，然后用海绵轻轻擦拭PCB板上的纸张。这样可以确保油墨仍然附着在铜箔表面。
6. 如[2]所述，使用盐酸溶液是因为它更环保。请阅读[2]中的说明，了解如何使用盐酸溶液进行蚀刻。蚀刻过程应在室外进行。在拆封盐酸、混合溶液、蚀刻和储存化学品时，务必佩戴橡胶手套、呼吸面罩和护目镜。
7. 蚀刻完成后，用丙酮去除线路表面的墨水。
8. PCB板上的线路需要镀锡以防止氧化。清洁PCB板，然后将PCB板和液态锡一起放入密封袋中。充分摇晃，直到所有线路都被锡覆盖。这种方法可以保存液态锡，以便用于另一块PCB板。
9. 完毕 ！

与原装PCB加热床相比，节能幅度为0%至75%，具体取决于加热的是哪个矩形区域。每个矩形区域消耗3.2安培的电流，因此整个加热床最多消耗13安培的电流。

加热到90摄氏度大约需要10分钟，再加热到110摄氏度大约需要7分钟。

在加热床上使用ABS材料进行圆柱体和长方体三维模型的测试打印。在玻璃板上涂抹胶棒以增强粘合力。如上图所示，结果显示打印件没有出现任何翘曲现象。

即使加热玻璃，直接在玻璃上打印ABS也是行不通的。为了增强粘合力，需要在玻璃上涂抹厚厚一层胶棒。先将胶棒涂抹在玻璃上，待其干燥后，再反复涂抹，直至形成厚厚的胶层。根据实验，涂抹三层胶棒即可。

（已镜像）

文件：加热床玻璃支架.fcstd

下一步可能是为Delta打印机构建圆形加热床。目前，PCB加热床由4个不同的区域组成。如果增加区域数量，也能提高节能效果。最终目标是使整个打印机及其加热床仅需5安培电源即可运行。

1. http://reprap.org/wiki/PCB_Heatbed
2. http://www.instructables.com/id/Stop-using-Ferric-Chloride-etchant!--A-better-etc/?ALLSTEPS
3. https://www.appropedia.org/Franklin:MOST