3D打印機(jī)組裝與調(diào)試.ppt

1、競(jìng)賽機(jī)器人制作技術(shù)基礎(chǔ)系列課程3D打印機(jī)的組裝與調(diào)試,楊學(xué)軍 2015年5月22日,內(nèi)容簡(jiǎn)介,一、快速成型技術(shù) 二、3D打印機(jī) 1.概念 2.發(fā)展簡(jiǎn)介 3.工作步驟 4.應(yīng)用領(lǐng)域 三、delta并聯(lián)3D打印機(jī)簡(jiǎn)介 1、機(jī)械部分 2、電子部分 3、軟件部分 四、組裝與調(diào)試,助課同學(xué)：星期六: 張彥宇 項(xiàng)飛 金卓陽(yáng) 張琦 喬晉鵬 張磊 星期日: 張彥宇 張磊 趙蕾 孫澤勇 張琦 負(fù)責(zé)人: 張彥宇 分組情況：以班為單位，每四個(gè)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(jī)理論及機(jī)械部分講解 11:15-12:00 分發(fā)套件，開始組裝機(jī)械部分 1

2、2:00-13:15 午飯時(shí)間 13:15-17:15 機(jī)械部分組裝完成 18:30-21:00 沒能完成機(jī)械部分組裝的同學(xué)繼續(xù)完成 星期日 9:00-9:20 3D打印機(jī)軟件部分講解 9:20-11:00 電氣部分安裝與整機(jī)調(diào)試 11:00-12:00 每人打印一個(gè)小作品 12:00-13:15 午飯時(shí)間 13:15-16:00 繼續(xù)打印作品 16:00-17:00 拆打印機(jī)成原來(lái)的散件，并按照清單進(jìn)行整理。 17:00-17:15 歸還打印機(jī) 以上時(shí)間為每組任務(wù)的最遲完成時(shí)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(jiǎn)

3、稱RPM)技術(shù),誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，是基于離散堆積成形原理的先進(jìn)制造技術(shù)的總稱。被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。 它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱?、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)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(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層

4、，如此反復(fù)最終實(shí)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(jì)算機(jī)控制下的紫外激光束對(duì)液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描,使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng),從而形成薄層截面. 激光選區(qū)燒結(jié):將非金屬(或普通金屬)粉末有選擇地?zé)Y(jié)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(gè)零件模型制作完成. 直接金屬激光燒結(jié)：通過使用高能量的激光束再由3D 模型數(shù)據(jù)控制來(lái)局部熔化金屬基體，同時(shí)燒結(jié)固化粉末金屬材料并自動(dòng)地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實(shí)體零件。,二、3D打印機(jī),1.概念 3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用塑料等可粘合材料，通過打印一層層的材料來(lái)制造三維

5、的物體。 3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)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(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。 特點(diǎn)：3D打印無(wú)需機(jī)械加工或模具，就能直接從計(jì)算機(jī)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(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。,主要材料:生物材料PLA，樹脂材料ABS/PP，高強(qiáng)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(shù)上已經(jīng)取得了長(zhǎng)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(zhì)感，穩(wěn)定性和無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)廣被

6、接受，其主要被用于各種電子產(chǎn)品外殼制作，玩具制作，禮品工藝品制作等領(lǐng)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(chǎn)品，主要用途是注塑產(chǎn)品外殼，如空調(diào)洗衣機(jī)等外殼，性能穩(wěn)定，韌性好強(qiáng)度高，但在高溫狀態(tài)下會(huì)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(jì)末的美國(guó)，并在20世紀(jì)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(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟把它稱作“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。 19世紀(jì)末，美國(guó)研究出了的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，隨后產(chǎn)生了打印技術(shù)的3

7、D打印核心制造思想。 20世紀(jì)80年代以前，三維打印機(jī)數(shù)量很少，大多集中在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛好者手中。主要用來(lái)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(guó)科學(xué)家RF Housholder獲得類似“快速成型”技術(shù)的專利，但沒有被商業(yè)化。,20世紀(jì)80年代已有雛形，其學(xué)名為“快速成型”。20世紀(jì)80年代中期，SLS被在美國(guó)得克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出來(lái)并獲得專利，項(xiàng)目由DARPA贊助的。 到20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機(jī)，并已將其成功

8、推向市場(chǎng)，3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。普通打印機(jī)能打印一些報(bào)告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機(jī)，它不僅使立體物品的造價(jià)降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來(lái)3D打印機(jī)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。 1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)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?dāng)D壓在紙張上的方案。 2003年以來(lái)三維打印機(jī)的銷售逐漸擴(kuò)大，價(jià)格也開始下降。,3.工作步驟： 第一步：設(shè)計(jì) 三維打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)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(dǎo)打印機(jī)逐層打印。 設(shè)

9、計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)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(jī)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(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。,打印機(jī)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(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)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(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通

10、常為50到100個(gè)微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。 第三步：修整 三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣）。有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)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(yīng)用領(lǐng)域 3d打印技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，

11、地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項(xiàng)技術(shù)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(shí)，這輛由“本地汽車”公司打造的3D打印汽車只有兩個(gè)座位，名字叫“斯特拉迪”，它的制作周期為44個(gè)小時(shí)，并且最高時(shí)速可以達(dá)到80公里每小時(shí)?！八固乩稀比硎翘祭w維及塑料，利用“3D打印技術(shù)”制造而成。據(jù)悉，全車只使用了40個(gè)零件，且依靠電動(dòng)能源，充一次電花費(fèi)3.5小時(shí)，可以行駛大約100公里。,三、delta并聯(lián)3D打印機(jī)簡(jiǎn)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(jī)，又叫

12、delta型。因?yàn)槠湫螤詈蛿?shù)學(xué)中的delta符號(hào)相似而得名。其應(yīng)用了平行四邊形結(jié)構(gòu)，來(lái)控制打印頭的位置。 優(yōu)點(diǎn)：1、便宜。同樣性能的情況下要比xyz型的便宜不少。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是組裝起來(lái)并沒有想象中的簡(jiǎn)單。3、速度快。4、自動(dòng)調(diào)平。 缺點(diǎn)：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(diào)試?yán)щy。xyz型的打印機(jī)基本上三個(gè)軸是相互獨(dú)立，互不影響。但是delta型的三軸卻是相互關(guān)聯(lián)的。要調(diào)試的參數(shù)比xyz型的要多。,本次組裝的3D打印機(jī)簡(jiǎn)介：,本次組裝的并聯(lián)臂3D打印機(jī)主要由機(jī)械、電子、軟件三大部分組成： 1）機(jī)械部分主要由支撐部分、傳動(dòng)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(tái)，并為傳動(dòng)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(jìn)電機(jī) 4滑輪組 5魚眼 6碳纖維桿 7噴嘴固定座 8送絲機(jī),傳動(dòng)組部分包括42步進(jìn)電機(jī)（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(jìn)電機(jī)（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(dòng)的滑輪組（3）連接，滑輪組（3）和噴嘴固定座（7）上設(shè)計(jì)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(jī)。送絲機(jī)（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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)。處理器核心是ATmega2560， 同時(shí)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(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源 插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕，主要作用是利用軟件生成的G代碼控制RAMPS1.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的高低電平，進(jìn)而控制42步進(jìn)電機(jī)（3

15、）的步進(jìn)。,3、軟件部分主要是Repetier-host軟件（調(diào)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(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，F(xiàn)為運(yùn)動(dòng)速度，E為擠出機(jī)運(yùn)動(dòng) M106開風(fēng)扇 M107關(guān)風(fēng)扇 M140 S70 ;平臺(tái)(熱床)的溫度設(shè)定到70(如果有的話) M109 T0 S220 ;擠絲頭的溫度設(shè)定到220并等待溫度到達(dá)220 T0 ;使用第一個(gè)擠絲頭 G21 ;設(shè)置單位為毫米 G90 ;絕對(duì)定位 M82 ;設(shè)置擠出為絕對(duì)模式 M107 ;關(guān)閉風(fēng)扇 G28 X0 Y0

16、Z0 ;移動(dòng)到原點(diǎn) G1 Z15.0 F9000 ;移動(dòng)到離平臺(tái)15mm處 G92 E0 ;設(shè)當(dāng)前絲長(zhǎng)為0 G1 F200 E3 ;擠出絲長(zhǎng)3mm G92 E0 ;再次設(shè)當(dāng)前絲長(zhǎng)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(nèi)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(nèi)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