桌面开源 3D 打印机类型

按照工作方式划分，目前主流的桌面 3D 打印机可以分为笛卡尔式打印机（Cartesian 型，俗称 XYZ 轴式）和并联臂式打印机（Delta 型，俗称三角洲式）两种。通常来说，笛卡尔式打印机的打印精度更高，但是打印时间更长；并联臂式打印机的打印速度更快，但精度可能稍微低一点。另外，本文还会介绍一种不那么常见的旋转平台式 3D 打印机（Polar 型）。

笛卡尔式 3D 打印机

顾名思义，笛卡尔式 3D 打印机就是将机械运动的方向像笛卡尔坐标一样分为 3 个相互垂直的直线，分别记为 X 轴、Y 轴和 Z 轴。

要做到打印机能在 3 个轴独立运动就至少需要 3 个独立电机，每个电机的运动步伐需要得到精准控制，且每次转动带动传送带运动的度数要足够的小。目前，笛卡尔类型的 3D 打印机一般都采用 “42 系列两相步进电机”，也就是我们常说的 “42 步进电机”。

“42 步进电机” 的步距精度可以达到 5%，每转动一步通常为 1.8°，如果通过细分控制步进电机，能使其精度达到 1 毫米。在数控系统（CNC）的加持下，笛卡尔式 3D 打印机可以精确地驱动步进电机，使喷嘴沿着线性轴运动，在指定位置快速而精确地定位，通过熔积成型技术实现打印模型的快速成型。

笛卡尔式结构的 3D 打印机是目前市场上最为普及的机型，也是发展较为完整，商业化程度较高的桌面 3D 打印机。笛卡尔式结构的优点在于计算量简单，3 个方向的电机分别带动喷嘴向 3 个方向运动，在打印的过程中，Z 轴运动与水平面（桌面）垂直，被打印的物体随着热床的前后运动而运动（Y 轴）。

并联臂式 3D 打印机

虽然笛卡尔式的 3D 打印机计算量较小，但是其对硬件的浮点运算能力要求较高。于是，人们想出了用并联臂结构来减少笛卡尔式打印机的硬件要求。并联臂的优点是结构简单，不容易受制于硬件，其数学原理实际上还是笛卡尔坐标系，只不过通过三角函数讲 X、Y 轴的坐标映射到三个垂直于水平面（桌面）的轴上。

并联臂式的打印机一般呈三棱柱型，由三棱柱上的滑块来确定喷嘴的位置。这样的结构设计不仅能节省空间，而且能极大地提高打印速度。当然，相对于笛卡尔式来说，并联臂式的数控系统更复杂一些。

旋转平台式 3D 打印机

除此之外，还有一种旋转平台式 3D 打印机，也称为极坐标 3D 打印机。与笛卡尔式相比，旋转平台式的打印面积增加了 200%，零件数量减少了 30%。这些亮点可能会使其在未来成为 DIY 爱好者追捧的热点。

旋转平台采用的是极坐标系转换的数学原理，即将笛卡尔坐标系映射到极坐标系上。在打印过程中，软件控制系统将从 G-code 代码中提取出 X、Y、Z 轴的数据，并将其转换为极坐标值。

不过，虽然旋转平台式 3D 打印机的结构更加紧凑，但是切片算法也变得更加复杂，打印前期处理工作耗时较多。使其目前在个人桌面 3D 打印机领域还不常见。