3D打印开源社区迎来重大创新！

一位帅气阳光的剑桥大学计算机系学生Joshua Bird凭借天马行空的想象力，颠覆了传统3D打印的设计理念，开发出一款突破性的4轴FDM打印机。

更令人振奋的是，这位极客少年选择将所有技术完全开源，包括硬件设计、控制代码和切片算法！

让人惊叹的是，这台打印机仅需300-400美元的材料成本，却能实现90度以上的悬垂打印！要知道，这在传统FDM打印领域可是个老大难问题。

网友热情评价道：这个男人一手推动了3D打印社区的技术进步！而且还是开源，伟大无需多言！
今天，让我们一起深入解析这个重量级开源项目的技术细节！

AM易道已将所有开源资料放在本文最后。

先上介绍视频（AM易道译制，可能有翻译错误）

突破常规的核心创新

「为什么所有的3D打印机看起来都一个样？」这个问题促使这位剑桥学子开始了他的创新之旅。

在3D打印机已发展30余年的今天，市面上的打印机不是动床结构就是Core XY，创新似乎遇到了瓶颈。

但这位天才少年却开辟了一条全新道路—他将极坐标（Polar，打印平台可旋转）系统与自创的核心R-θ（Core R-Theta）设计完美结合，打造出了一款前所未有的混合式4轴打印机构。

这种设计让人不禁想到经典的Core XY，但其实内里大有乾坤。

最令人拍案叫绝的是其运动控制系统：两个固定的步进电机通过一个精心设计的单环皮带来实现X轴线性运动和喷嘴旋转的完美配合。

当这对电机反向转动，X轴进行直线运动；当它们同向转动，喷嘴则进行旋转。

这种巧妙的设计，让人不禁感叹：「原来3D打印机还可以这样设计！」

网友评论道，「一个皮带控制两个轴，简直是天才！」
更令人惊喜的是系统的灵活性—通过调整两端滑轮的尺寸，使用者可以根据具体需求优化不同轴之间的扭矩比。

这种可调节性为不同应用场景提供了极大的适应空间。

AM易道认为，这种设计思路的突破，不仅展现了年轻一代极客的创新潜力，更向整个3D打印行业展示了一个重要信号：

突破性创新往往来自对基础架构的重新思考。

这台打印机的诞生，可能会成为桌面级3D打印机进化史上的一个重要转折点。

突破传统FDM：90度以上悬垂不是梦！

在传统FDM打印领域，45度是个魔咒般的存在—任何超过这个角度的悬垂结构，几乎都需要支撑才能完成打印。

但这台神奇的4轴打印机彻底打破了这个限制！

通过喷嘴的360度自由旋转，它不仅能轻松应对90度悬垂，甚至能打印超过90度的复杂结构！

这种突破性能力来自两个关键创新：首先是硬件层面的喷嘴旋转系统。

这套系统通过精妙的机械设计，让喷嘴能够在打印过程中实现近乎完美的姿态调整。

想象一下，当打印机在制作一根向外延伸的树枝时，喷嘴会像魔术师的手指一般，不断调整角度，始终保持最佳的出料方向。

其次是软件层面的非平面切片算法。这位极客少年开发的Python切片程序堪称点睛之笔！

它能够智能分析模型结构，自动规划最优的打印路径和喷嘴角度。

更令人兴奋的是，这个切片程序完全开源，任何人都可以通过简单的Python notebook在几分钟内完成切片！

硬件设计：简约中的精妙

纵观整机设计，处处彰显着简约而不简单的工程美学。

Z轴采用双线性导轨设计，X轴使用单线性导轨，这种配置在保证精度的同时也让成本控制在合理范围内。

打印平台可以选用铝基PCB或普通木板，充分考虑到了DIY爱好者的实际需求。

最妙的是其冷却系统设计—项目采用普通的水族箱气泵作为送风动力，通过两个喷嘴将压缩空气精准送到打印位置。

这种看似简陋的方案，实际效果却出人意料的好！为了减少噪音，作者还想出了用橡皮筋悬挂气泵的妙招，将振动降到最低。

AM易道认为，用最简单的方案解决复杂问题，将有限的成本投入到最关键的部位。

这正是开源硬件设计的精髓所在！

神奇的切片算法：开启非平面打印新浪潮

如果说硬件创新让这台打印机与众不同，那么其配套的切片算法则让它更显神通广大。

作者开发的切片程序分为两个版本：基础版采用改良的锥形切片算法，能够处理简单的悬垂和桥接结构；
而正在开发的高级版本更是野心勃勃，目标是实现全自动的非平面切片优化。

让我们看看基础版是如何工作的：

首先将STL模型进行抛物线变形，然后用传统方式切片，最后再将切片路径反向变形回原始形状。

这种看似简单的方法能实现渐进式的喷嘴角度调整，真可谓「大道至简」！

网友热评道：「这就是非平面切片应有的样子，有了这种设计，如果您只想运行常规 gcode，您甚至不需要使用旋转轴，但也可以进行非平面操作。经过深思熟虑，设计非常出色。」

开源固件：让不可能变为可能

当这位剑桥极客最初构思这个项目时，最担心的就是固件问题。

市面上主流的Marlin和Klipper固件都不支持额外的旋转轴，这本该是个难以跨越的技术门槛。

但机缘巧合之下，他发现了一个被严重低估的宝藏—RepRap固件。

通过RepRap固件，还支持作者购买市场上常见的控制板，作者成功实现了他的Core R-Theta极坐标混合设计。

实践指南：从零开始的开源之旅

对于想要复刻这台打印机的爱好者，这里有一份详细的起步指南：

首先，在项目的GitHub仓库中你能找到：

• 完整的3D打印件设计文件

  

• 详细的BOM清单

  其中包含了常规零件：

  铝型材：标准的2020和2040型材

  导轨系统：常见的MGN系列

  电机选型：标准的Nema17步进电机

  传动系统：GT2同步带和标准规格滑轮

  

• 组装说明文档详见：Autodesk 360 组装指南

  

• Python版本的切片程序

  

• PCB设计文件

  

和稚晖君类似的天才极客即将入职与美军方深度关联的科技公司

对于刚毕业的大学生Joshua来说，其创新能力和知识储备令人惊叹。

网友对于Joshua的评价是「你的说话方式和知识让我以为你是一名 40 岁的软件工程师。最后的面部摄像头让我大吃一惊」

如此天才而又阳光的创客，让我们想起稚晖君带给我们的一个个技术突破吗？

如今这位就读于剑桥大学计算机系的阳光帅气极客，正如当年的稚晖君一样，用一个个开源项目改写着创客世界的游戏规则！

他的主页joshuabird.com简直是项目宝库！

从三年前轰动GitHub的LED魔方，到自制3D打印相机，再到这次突破性的4轴打印机，他的项目清单简直就是极客梦想。

就像稚晖君让机器人技术变得平民化一样，这位剑桥学子也在努力让高端3D打印技术走进普通创客的工作室。

Joshua Bird开发的非平面切片算法，让普通FDM打印机变4轴从而突破极限，这也是开源精神的最好诠释。

而令开源社区扼腕叹息的消息：

这位带给我们4轴打印黑科技的剑桥极客，即将加入美国数据分析巨头Palantir！

硅谷科技巨头Palantir与美军的关系可以说是「血脉相连」！

这家由硅谷传奇人物Peter Thiel创立的数据分析帝国，从诞生之日起就深深植根于美国军事情报体系。不仅创立初期就获得了CIA投资部门In-Q-Tel的投资，更是陆续拿下了美军多个核心情报系统项目。

作为已经在3D打印开源社区掀起波澜的极客，AM易道站在3D打印从业者角度来看，他选择投身军工背景的科技巨头，不得不说有些可惜。

AM易道最后聊两句

这个项目的未来发展令人期待。

作者已经在规划下一步的升级方案：将其改造成陶泥/陶瓷3D打印机，并增加CNC铣削功能。

这意味着这台FDM打印机可能演变成一个全新的挤出陶泥打印设备！

AM易道认为，这个项目的意义远不止于一台创新的打印机。

在看似成熟的技术领域，依然存在巨大的创新空间。

更重要的是，这个项目完美诠释了开源精神的力量。

这台打印机的每一个零件、每一行代码，都在向世界传递着一个信息：技术创新的大门应该向每个人敞开。

我们也呼吁AM易道读者，以此项目催生的创新, 能够严格按照Github和作者Licencse的规则继续开发优化。

资源获取指南

如果你也想加入这场创新，请在AM易道公众号内回复「4轴FDM」下载开源代码和设计文件，也可以自己访问Github项目。

• 非平面切片算法仓库

• 4轴极坐标3D打印机仓库

• RepRap固件仓库