EOS 1 开源光谱仪 3D 制作全指南 从建模到打印

EOS 1 是一款在创客社区中备受瞩目的开源光谱仪项目，它以低成本、模块化和易于3D打印著称。本文将手把手教你如何利用3D制作技术，完成EOS 1光谱仪的结构件制造。整个过程分为五个阶段：获取开源文件、3D建模调整、切片与打印、后处理与组装，以及最后的校准测试。

一、准备：获取开源设计文件

EOS 1 的全部设计文件通常托管在 GitHub、Thingiverse 或官方项目页面上。你需要下载以下内容：

• STL 或 STEP 格式的 3D 模型：包括主壳体、入射狭缝支架、光栅座、相机接口、探测器固定件等。
• 物料清单（BOM）：确认所需螺丝、螺母、弹簧、光学元件（如透射光栅、透镜、CMOS传感器）以及电子控制板。
• 组装说明书：部分开源项目会附带 PDF 或视频教程。

建议优先选择 STEP 文件，因为它便于参数化修改。若只有 STL，也可以用 Fusion 360、FreeCAD 或 Blender 进行逆向调整。

二、3D 建模与个性化调整

如果你是第一次接触 EOS 1，可以先按原始设计打印。但若需要适配不同尺寸的传感器或改变光路长度，则需要修改模型。常见的调整点包括：

1. 光栅倾角：光栅角度直接影响光谱分辨率，使用参数化建模时，可将光栅座设计为可调角度。
2. 入射狭缝宽度：狭缝宽度决定光通量和分辨率，通常用0.1-0.3mm的割缝。若你的3D打印机精度有限，可以设计成插入式刀片狭缝。
3. 相机接口：根据你使用的摄像头（如树莓派Camera Module、工业相机）修改法兰距和孔位。
4. 消除杂散光结构：在壳体内壁增加挡光光阑或植绒槽，减少内部反射。

使用FreeCAD时，可以导入STEP文件，然后直接在「Part Design」工作台中修改垫圈、支撑或卡扣。修改完成后，导出为STL并检查水密性（下载后可以用Netfabb或Meshmixer修复）。

三、切片与3D打印参数

EOS 1 多数部件适合使用 FDM 打印，对于高精度的小零件（如狭缝、光栅夹具），建议使用光固化（SLA/DLP）打印。

推荐参数（FDM）：
- 材料：黑色 PLA 或 PETG（黑色可减少光反射，PLA 易打印但脆弱）。
- 层高：0.1-0.2mm
- 壁厚：至少 1.2mm（3 层）
- 填充：20-30%
- 支撑：仅在悬垂结构处使用，尽量设计为免支撑。

推荐参数（SLA）：
- 材料：黑色或灰色光敏树脂。
- 层厚：0.05mm。
- 注意：光敏树脂可能透光，需在内部喷涂哑光黑漆。

所有部件打印后检查螺孔是否堵塞，必要时用丝锥或钻头稍微修整。建议用 0.1mm 精度的游标卡尺检测光路方向的尺寸。

四、后处理与除杂光

光路的漏光和反射是初次组装的常见问题。你可以这样做：

• 对主壳体内壁喷涂一层哑光黑漆（如黑板漆或专业消光漆），厚涂两次。
• 缝隙用黑色硅胶或电热胶填充。
• 在入射口和出射口附近贴上黑色绒布或100目以上的黑色砂纸。
• 用激光笔做背光测试，查看是否有明显透光点。

五、装配要点

1. 先安装入射狭缝：狭缝应当是刀刃在一个平面上。可以用两片剃须刀片对夹成需要宽度。
2. 固定准直镜/透镜：胶接时使用弹性胶，允许固化过程微调。常用 440nm-700nm 频谱可选择单片凸透镜。
3. 安装光栅：这是最重要的部件——用弹簧或行星螺丝做角度微调。不要把光栅直接亚克力上锁死，否则必须用类似光学调整架的模型自制一维或二维可调结构。
4. 对正照相/捕获模块：使用 CM快拆或一个转接环，在完成光路对调后锁紧。只要中心大致在法线接收位置即够。

为了准确复位，在所有光路面的联接处利用外接 CNC 面板或直接刷云台桌丝牢固工艺。按纽不必打太紧留下几个角垫强崩以防碎裂。

六、光源、校准与测试

业余标配光谱化工作建议用自己的光源。若你现在手上无光源标准可用标定用的器件清单:

常见标准可采用 Fluorescent CFL（Co煤研 line array），另采用合白光, Ne或汞灯示例得到汞氩用点灯型号来自网络：比如 Fluorescent point). That includes cfl spectral at 405 ,437 476、四氯化碳多种选则可做 fine wavelength scaling.

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