一种非常有趣且价格低廉的四轴3D打印机概念已经问世。
或许大家已经习惯了通过笛卡尔坐标系来理解3D打印，但今天要介绍的这台四轴3D打印机，将彻底颠覆你的认知，因为它与我们以往见过的任何设备都截然不同。
这款机器由Joshua Bird设计，被命名为“四轴极坐标3D打印机”。它采用了极地打印床和旋转挤出机设计，能够打印超过90度悬垂角的部分，突破了传统3D打印的限制。此外，这款打印机的相关开源资料已经全部发布在Github上。如果你有兴趣制作一台，则所需零件的总成本只需大约在300-400美元之间。
在正式认识这款全新的机器之前，让我们先来了解一下什么是极坐标3D打印机。
这是一种基于极坐标系统（使用角度和半径坐标）进行运动控制的3D打印设备，通常采用旋转平台和悬臂结构，取代了传统笛卡尔坐标系的直线运动轴。这种设计具有结构简单、运动灵活的优点，但也存在一些弊端：运动精度受限、控制系统较为复杂，同时打印区域的利用率较低，进而影响了打印质量和应用范围。
极坐标3D打印机配有一个可旋转的打印头
在理解了极坐标3D打印机的概念后，我们再来看看这台与众不同的四轴极坐标3D打印机。
它采用了一个旋转构建平台和一个“Core R-Theta”工具头，后者类似于CoreXY运动系统，同样使用一对步进电机和一条连续的同步皮带来驱动两个运动轴。但不同之处在于，这里驱动的并非两个线性轴，而是通过电机的协同运动，使整个打印臂沿着构建平台的半径方向进出，同时能够让打印头旋转接近90度。
具体而言，如果皮带以交替方向拉动，则工具头会进出。如果皮带以相同方向拉动，则喷嘴会旋转。
所以，当我们观看这台机器运动时，最直观的感受是喷嘴在打印过程中可以旋转，而打印平台也在旋转，整个系统看起来没有任何部分是静止的。但是，当打印头垂直于平台旋转时，它的表现类似于一台传统的极坐标3D打印机。但通过倾斜打印头，它能够打印无需支撑的陡峭悬垂结构。
不只是硬件上的改变，软件更需要单独定制
根据以上的介绍，我们或许已经开始好奇，到底什么样的软件可以完成如此复杂的挑战。事实上，目前的典型切片软件如Cura、OrcaSlicer等并不具备这种功能。为此，Joshua单独开发了一款名为快速径向软件的工具，这是一款专门的非平面切片机。与此同时，为适配硬件，机器的固件也进行了相应的修改。
因此，如果这台机器想要走向更成熟，软件问题可能是一个急需解决的挑战。毕竟，并不是每个人都是编程专家，易用性将是决定这类设备能够走多远的关键因素。
目前，这台3D打印机通过旋转喷嘴已经可以打印没有支撑的简单部件，但仍存在一些限制。不过，Joshua表示他正在对软件进行优化，未来这台机器将能够打印任何无需支撑的物体。
可以想象，如果有一天我们的3D打印机能够轻松地打印任意几何形状，而无需使用支撑材料，那将是一件多么令人兴奋的事情。
如果设备厂商看到这一优势，或许也会在不久的将来考虑将其引入产品中。当然，要将这个概念完善到商业化水平，还需要进行大量的工作，但可以确定的是，随着它的开源，肯定会有越来越多的人愿意尝试。