3D打印機組裝與調試.ppt

1、競賽機器人制作技術基礎系列課程3D打印機的組裝與調試,楊學軍 2015年5月22日,內容簡介,一、快速成型技術 二、3D打印機 1.概念 2.發(fā)展簡介 3.工作步驟 4.應用領域 三、delta并聯(lián)3D打印機簡介 1、機械部分 2、電子部分 3、軟件部分 四、組裝與調試,助課同學：星期六: 張彥宇 項飛 金卓陽 張琦 喬晉鵬 張磊 星期日: 張彥宇 張磊 趙蕾 孫澤勇 張琦 負責人: 張彥宇 分組情況：以班為單位，每四個人一組。,兩天安排,星期六 9:00-10:30 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題講座 10:30-11:15 3D打印機理論及機械部分講解 11:15-12:00 分發(fā)套件，開始組裝機械部分 1

2、2:00-13:15 午飯時間 13:15-17:15 機械部分組裝完成 18:30-21:00 沒能完成機械部分組裝的同學繼續(xù)完成 星期日 9:00-9:20 3D打印機軟件部分講解 9:20-11:00 電氣部分安裝與整機調試 11:00-12:00 每人打印一個小作品 12:00-13:15 午飯時間 13:15-16:00 繼續(xù)打印作品 16:00-17:00 拆打印機成原來的散件，并按照清單進行整理。 17:00-17:15 歸還打印機 以上時間為每組任務的最遲完成時間，如果提前完成就開始下一步的工作。,一、快速成型(Rapid Prototyping Manufacturing，簡

3、稱RPM)技術,誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，是基于離散堆積成形原理的先進制造技術的總稱。被認為是近20年來制造領域的一個重大成果。 它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數(shù)控技術、材料科學、激光技術于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現(xiàn)手段。 例如： 熔積成形法:這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預定軌跡，以固定的速率進行熔體沉積。每完成一層，工作臺下降一個層厚進行迭加沉積新的一層

4、，如此反復最終實現(xiàn)零件的沉積成型。,光固化法:以光敏樹脂為成形材料,通過計算機控制下的紫外激光束對液態(tài)樹脂逐點掃描,使被掃描區(qū)的樹脂薄層產生光聚合反應,從而形成薄層截面. 激光選區(qū)燒結:將非金屬(或普通金屬)粉末有選擇地燒結成形的工藝. 疊層制造:加一層紙,切割,再加層紙,再切割,直到整個零件模型制作完成. 直接金屬激光燒結：通過使用高能量的激光束再由3D 模型數(shù)據(jù)控制來局部熔化金屬基體，同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實體零件。,二、3D打印機,1.概念 3D打印機又稱三維打印機，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用塑料等可粘合材料，通過打印一層層的材料來制造三維

5、的物體。 3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣，可用于打印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。 特點：3D打印無需機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體， 從而極大地所縮短了產品的生產周期，提高了生產率。,主要材料:生物材料PLA，樹脂材料ABS/PP，高強度航空材料聚碳(PC)，超軟材料聚酯，食品材料巧克力，水溶材料聚乙醇，金屬材料，各種含量碳鋼等材料都在清單之列，在3D材料技術上已經取得了長足發(fā)展。 生物材料PLA是植物酶中提取的生物材料，以其優(yōu)良的特性，硬度，質感，穩(wěn)定性和無毒等優(yōu)點廣被

6、接受，其主要被用于各種電子產品外殼制作，玩具制作，禮品工藝品制作等領域，使用廣泛，有很好的口碑。 樹脂材料ABS,又名塑料石油化工產品，主要用途是注塑產品外殼，如空調洗衣機等外殼，性能穩(wěn)定，韌性好強度高，但在高溫狀態(tài)下會釋放少量塑化劑，要求在密閉狀態(tài)下打印，減少塑化劑的揮發(fā)，在3D打印行業(yè)使用普遍。,2. 發(fā)展歷史: 3D打印思想起源于19世紀末的美國，并在20世紀80年代得以發(fā)展和推廣。3D打印是科技融合體模型中最新的高“維度”的體現(xiàn)之一，中國物聯(lián)網校企聯(lián)盟把它稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。 19世紀末，美國研究出了的照相雕塑和地貌成形技術，隨后產生了打印技術的3

7、D打印核心制造思想。 20世紀80年代以前，三維打印機數(shù)量很少，大多集中在“科學怪人”和電子產品愛好者手中。主要用來打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上買到的零部件。 1979年，美國科學家RF Housholder獲得類似“快速成型”技術的專利，但沒有被商業(yè)化。,20世紀80年代已有雛形，其學名為“快速成型”。20世紀80年代中期，SLS被在美國得克薩斯州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出來并獲得專利，項目由DARPA贊助的。 到20世紀80年代后期，美國科學家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機，并已將其成功

8、推向市場，3D打印技術發(fā)展成熟并被廣泛應用。普通打印機能打印一些報告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機，它不僅使立體物品的造價降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來3D打印機的應用將會更加廣泛。 1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當時的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。 2003年以來三維打印機的銷售逐漸擴大，價格也開始下降。,3.工作步驟： 第一步：設計 三維打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。 設

9、計軟件和打印機之間協(xié)作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。 第二步：打印 打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。,打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通

10、常為50到100個微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。 第三步：修整 三維打印機的分辨率對大多數(shù)應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣）。有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。,4.應用領域 3d打印技術可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產業(yè)，教育，

11、地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領域。常常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型或者用于一些產品的直接制造，意味著這項技術正在普及。,如：汽車打印 2014年10 月10日，世界首款3D打印汽車終成現(xiàn)實，這輛由“本地汽車”公司打造的3D打印汽車只有兩個座位，名字叫“斯特拉迪”，它的制作周期為44個小時，并且最高時速可以達到80公里每小時。“斯特拉迪”全身是碳纖維及塑料，利用“3D打印技術”制造而成。據(jù)悉，全車只使用了40個零件，且依靠電動能源，充一次電花費3.5小時，可以行駛大約100公里。,三、delta并聯(lián)3D打印機簡介,控制打印頭的方法主要有兩種，并聯(lián)臂和并聯(lián)臂。 并聯(lián)臂打印機，又叫

12、delta型。因為其形狀和數(shù)學中的delta符號相似而得名。其應用了平行四邊形結構，來控制打印頭的位置。 優(yōu)點：1、便宜。同樣性能的情況下要比xyz型的便宜不少。2、結構簡單。但是組裝起來并沒有想象中的簡單。3、速度快。4、自動調平。 缺點：1、空間利用率低。在Z向可以打印很高，但是在xy平面能打印的范圍較小。通常的是直徑17cm的圓。2、調試困難。xyz型的打印機基本上三個軸是相互獨立，互不影響。但是delta型的三軸卻是相互關聯(lián)的。要調試的參數(shù)比xyz型的要多。,本次組裝的3D打印機簡介：,本次組裝的并聯(lián)臂3D打印機主要由機械、電子、軟件三大部分組成： 1）機械部分主要由支撐部分、傳動組部

13、分以及執(zhí)行組部分組成。 支撐部分包括鋁制骨架1、連接件2，兩者的作用是支撐3D打印平臺，并為傳動組部分零件提供合適的安裝位置，鋁制骨架（1）與連接件（2）通過直接嵌入連接并通過螺絲固定。,1鋁制骨架 2連接件 342步進電機 4滑輪組 5魚眼 6碳纖維桿 7噴嘴固定座 8送絲機,傳動組部分包括42步進電機（3）、滑輪組（4）、魚眼（5）、碳纖維桿（6）、噴嘴固定座（7）、皮帶組成，42步進電機（3）通過連接件（2）固定在底座中通過皮帶與在鋁制骨架上移動的滑輪組（3）連接，滑輪組（3）和噴嘴固定座（7）上設計安裝有魚眼（5），通過碳纖維桿（6）將滑輪組（3）與噴嘴固定座（7）相連接。 執(zhí)行組部分

14、為送絲機。送絲機（8）通過螺絲固定在鋁制骨架（1）頂端。 2、電子部分主要由Ardurino-Mega2560控制器（13）、RAMPS1.4控制器、電機驅動板（14）、組成。Arduino Mega2560（13）是采用USB接口的核心電路板，適合需要大量IO接口的設計。處理器核心是ATmega2560， 同時具有54路數(shù)字輸入/輸出口（其中16路可作為PWM輸出），16路模擬輸入，4路UART接口，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源 插座，一個ICSP header和一個復位按鈕，主要作用是利用軟件生成的G代碼控制RAMPS1.4電機驅動器的高低電平，進而控制42步進電機（3

15、）的步進。,3、軟件部分主要是Repetier-host軟件（調試軟件）、Ardurino軟件（打印切片軟件）和arduino-1.0.5-r2-windows（固件上傳軟件）。,附：G代碼示例 G28 歸位 G1 X Y Z F E 代表運動到相應位置，F(xiàn)為運動速度，E為擠出機運動 M106開風扇 M107關風扇 M140 S70 ;平臺(熱床)的溫度設定到70(如果有的話) M109 T0 S220 ;擠絲頭的溫度設定到220并等待溫度到達220 T0 ;使用第一個擠絲頭 G21 ;設置單位為毫米 G90 ;絕對定位 M82 ;設置擠出為絕對模式 M107 ;關閉風扇 G28 X0 Y0

16、Z0 ;移動到原點 G1 Z15.0 F9000 ;移動到離平臺15mm處 G92 E0 ;設當前絲長為0 G1 F200 E3 ;擠出絲長3mm G92 E0 ;再次設當前絲長為0,;總層數(shù): 390 ;層:0 M107 G1 F2400 E-4.50000 G0 F9000 X-11.000 Y-11.000 Z0.300 ;類型:內墻 G1 F2400 E0.00000 G1 F1200 X-16.733 Y-11.000 E0.28602 G1 X-16.733 Y-16.733 E0.57204 G1 X-11.000 Y-16.733 E0.85806 G1 X-11.000 Y-

17、11.000 E1.14408 G0 F9000 X-10.600 Y-10.600,;類型:外墻 G1 F1200 X-17.133 Y-10.600 E1.47001 G1 X-17.133 Y-17.133 E1.79595 G1 X-10.600 Y-17.133 E2.12188 G1 X-10.600 Y-10.600 E2.44781 G0 F9000 X-11.139 Y-11.422 G0 X0.266 Y0.266 Z78.100 ;類型:內墻 G1 F600 X-0.266 Y0.266 E1518.33632 G1 X-0.266 Y-0.266 E1518.35402

18、 G1 X0.266 Y-0.266 E1518.37171 G1 X0.266 Y0.266 E1518.38941 G0 F9000 X0.666 Y0.666,;類型:外墻 G1 F600 X-0.666 Y0.666 E1518.43371 G1 X-0.666 Y-0.666 E1518.47801 G1 X0.666 Y-0.666 E1518.52231 G1 X0.666 Y0.666 E1518.56662 G0 F9000 X-0.334 Y-0.334 M107 G1 F2400 E1514.06662 G0 F9000 X-0.334 Y-0.334 Z83.000 ;End GCod