第8讲 3D打印机的电气连接

第8讲 3D打印机的电气连接为了祖国的未来,快来关注我们吧

01

3D打印机的接线说明

第8讲 3D打印机的电气连接

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如下图所示,5个电机的接线,热床的接线,加热头的接线,显示器的接线,限位XYZ三个方向的限位开关接线,风扇以及电源等接线,有些需要注意正负极的接法,接线时一定要牢固,防止松动。第8讲 3D打印机的电气连接

02

S12主板的安装与连线

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需要的配件分别是主板和扇热片以及螺丝等,如下图所示。

第8讲 3D打印机的电气连接第8讲 3D打印机的电气连接

首先,要将散热片安装的电机的驱动板上面,其次,再用M3*25mm的螺丝固定,如下图所示。

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最后,根据接线图连接好线路,要注意检查,防止接错,引起不必要的失误,连接完成的效果如下图所示。

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03

S13主板挡板的安装

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需要的配件分别是主板上挡板和侧挡板,主板风扇固定板机螺丝等。

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其安装的螺孔位置如下图所,同时要注意线路的布局等问题。


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最后安装风扇的固定挡板,要注意安装的螺孔位置,如下图所示。

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安装完成的效果如下图所示。

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最终装配完成的效果如下图所示。

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注意:安装部分已全部完成后,要请认真检查各部分结构是否装配到位,该水平的必须要水平,该垂直的必须垂要直,观察整个框架是否会晃动。第8讲 3D打印机的电气连接

04

需要注意的问题

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1.接线时要看清楚所对应的接口,免得接错。

2.接线时要保证插入接口到位。

3.不要使线的裸露部分过长,以免线路交叉,通电时联电。

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问题与讨论

1.安装的需要的注意事项有哪些 

2.安装时电源接线要主要什么?

3.你有收获吗?

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第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)

第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)


1

S9X轴+Z轴光轴上框架的配件与安装


需要的配件是X轴,Z轴光轴,顶部固定块和螺丝。

第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)

注意:安装时用双手同时扭动Z轴丝杆,使X轴沿着Z轴丝杆向下移动,如下图所。

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安装顶部固定块时,如果稍有错位,就要稍稍用力对齐螺钉孔,如下图所示。

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需要注意的是若X轴皮带过松,可借助尖嘴钳将扭簧装在如下图所示的安装范围内即可。

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最终安装完成的效果如下图所示。

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2

S10 

开关电源的配件与安装


需要的配件是电源、电源开关固定板、电源开关套件、12V电源红黑线及紧固螺钉。

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安装时将电源安装在右档板上,安装位置如图中红圈所示。

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注意:按下图所示将电源开关套件线、12V电源红黑线的一端接在开关电源上。12V电源红黑线的另一端和Z轴电机线从孔中穿过。

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安装完成的效果如下图所示。

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3

S11 Y,Z限位开关的配件与安装


需要的配件是Y轴限位开关和Z轴限位开关及螺丝。

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Y轴限位开关的安装位置如下图所示。

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Z轴限位开关的安装位置如下图所示。


第7讲 3D打印机的机械组装( S9-S11)

注意:两颗垫柱在Z轴限位开关与下框架之间。


问题与讨论

1.怎样保证Z轴丝杆垂直于水平方向?

2.散热片贴在主板上时为什么不要碰到驱动两边的针脚?

3.你有收获是什么?


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第11讲 3D打印的打印测试



Part

1

打印测试的流程

安装好3D打印机之后要进行打印精度测试,那么测试的流程是什么呢?步骤如下图所示。

第11讲 3D打印的打印测试

模型的格式有什么要求呢?

3D打印时需要3D立体图,而立体图有很多格式,不同的软件做出来的格式是不同的。


比如常见的3D打印格式有:STL、STP、IGS、OBJ、BREP、MAX、3DM、3DS、X_T、SKP、SLDPRT、PRT、ASM、F3D、FBX、RVT、WIRE等等。但是如今最常用的格式是STL和STP两种,只要模型保存为这两种格式就能打印。


再有了模型的基础上要进行,如下具体步骤操作,如图所示。

因为建好的模型不等于一定能很好的打印出来,要先分析一下模式是否合适。模型打印时还要进行分层预览,观察打印的路径或模型有无问题,以保证打印的顺利进行。

第11讲 3D打印的打印测试



Part

2

打印的进料操作

点击打印头加热命令,待打印头加热到200度时,选择进料的长度为0.1mm,再选择Extrude命令,然后用手将料慢慢送入挤出机,同时要不停的旋转进料按钮,直至打印头有料流出即可停止。如下图所示。

第11讲 3D打印的打印测试


Part

3

打印的测试操作

将SD卡插入面板的卡槽中,先将机器回零即Autohome,选择Printfrom SD,待打印头和热床加热到温度后,便自动打印,如下图所示。

第11讲 3D打印的打印测试

第11讲 3D打印的打印测试

打印完成的测试件,如下图所示,打印的质量还不错。

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思考题

1.打印的流程有哪些?

2.如何进行上料操作?

3.打印头的温度对上料操作有影响吗?

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左右不分

第11讲 3D打印的打印测试

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第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S6打印平台的配件与安装


需要的配件有平台支撑板及热床、螺丝工具。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

安装注意事项:12颗M4*12螺丝都先不要拧紧,手动能够来回顺畅滑动平台支撑板后,再拧紧螺丝。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

最后安装完的图形如下所示。

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注意:为紧固Y轴的皮带,需将平台移到最后,如上图所示。借助尖嘴钳把扭簧固定在距离前挡板Y轴同步轮约2cm处。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S7上框架的配件与安装

 

 

 


需要的配件有上框架和螺丝工具。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

需要安装的螺钉如下图所示。

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安装完成的效果如下图所示。

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此时需要注意的是Y轴丝杆上的零件先不要拧紧,方便装Y轴光轴时调整位置。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S8Z轴丝杆电机的安装

 

 

 


需要的配件是Z轴电机固定板,Z轴丝杠电机,电机线长的在右侧,线短的在左侧。

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其安装如下图所示。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

需要注意的是电机固定板上两个小圆孔都应在外侧。安装图②中,为方便安装M3*16螺丝需先将平台移至最前。

安装完成的效果如下图所示。此时要确保安装的Z轴丝杆垂直于水平方向。

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

问题与讨论

 

 

 


第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

1.确保安装的Z轴丝杆垂直于水平方向的重要性?

2.在操作的过程中你有什么想法?

第6讲 3D打印机的机械组装(S6-S8)

如果认为实用就点个赞吧

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第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

1

S1前档板的配件与安装

配件

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)


此时需要的配件是前档板、Y轴同步轮及紧固螺钉等

安装时需要注意的是,M3*20螺丝先不用拧紧。可用摄子夹住方形螺母和六角螺母进行安装。

安装的效果图如下所示。


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)1

2

S2后档板的配件与安装

配件

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

此时需要的配件是后档板、Y轴电机及紧固螺钉等

安装时需要注意的是,M3*20螺丝先不用拧紧。

安装的效果图如下所示。


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

3

S3左右档板+下框架的配件与安装

配件

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

此时需要的配件是左右档板、下框架及紧固螺钉等

安装时需要注意的是,下框架的U型孔在左侧,如下图中红色的标记


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

安装的效果图如下所示,需要注意的是装配后应检查左右挡板是否垂直于桌面,整个框架是否晃动。


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

4

S4 Y轴丝杆配件与安装

配件

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

此时需要的配件是Y轴丝杠,其长度为410mm,紧固螺钉等

安装时需要注意的是,Y轴丝杆上的零件先不要拧紧,方便装丫轴光轴时调整位置。

安装的效果图如下所示。


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

5

S5 Y轴光轴+同步带的配件与安装

配件

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

此时需要的配件是Y轴光轴,其长度为390mm,同步带及紧固螺钉等

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)
注意

  • 左边两个直线轴承,右边一个,注意红框内轴承朝向。

  • 拧紧前挡板及后档板固定光轴挡块的M3*20螺丝,挡住Y光轴。

  • 最后可借助扳手将Y轴丝杆上的所有零件拧紧,拧紧时注意不要让框架变形了,拧紧后Y轴光轴将被固定。

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

安装同步带时需要剪掉多余的同步带,否则影响最大的打印行程。为紧固同步带,因为松动时会影响打印精度,可将前挡板上固定Y轴同步轮的M3*18螺丝先拧松,待装好同步带之后再拧紧。

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

安装的效果图如下所示。


第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

大家在安装的时候一定不要着急,三思而后行,免得返工,预知后续安装请详细阅读下一讲。

第5讲 3D打印机的机械组装(S1-S5)

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第3讲 桌面级打印机的工作原理

介绍熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点、熔融沉积快速成型材料及设备、典型工艺运行成本的比较等几个方面的基本知识。

1.熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点

u熔融沉积快速成型(Fused Deposition ModelingFDM是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺方法。

u该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统的应用最为广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后,先后推出了FDM2000FDM3000FDM80001998年推出的引人注目的FDMQuantum机型,FDMQuantum机型的最大造型体积达到600mm×500mm×600mm

u此外,该公司推出的Dimension系列小型FDM三维打印设备得到市场的广泛认可,仅2005年的销量就突破了1000台。国内的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作,并推出熔融挤压制造设备MEM250等。

熔融沉积Fused Deposition Modeling,FDM)又叫熔丝沉积,它是将丝状的热熔性材料加热熔化,通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来,如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度,而成型部分的温度稍低于固化温度,就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后,随即与前一层面熔结在一起。一个层面沉积完成后,工作台按预定的增量下降一个层的厚度,再继续熔喷沉积,直至完成整个实体造型。如下图所示。

第3讲 桌面级打印机的工作原理

熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑,为了节省材料成本和提高沉积效率,新型FDM设备采用了双喷头,如图所示。一个喷头用于沉积模型材料,一个喷头用于沉积支撑材料。双喷头的优点除了沉积过程中具有较高的沉积效率降低模型制作成本以外,还可以灵活地选择具有特殊性能的支撑材料,以便于后处理过程中支撑材料的去除,如水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。

第3讲 桌面级打印机的工作原理


优点:

系统构造和原理简单,运行维护费用低(无激光器

原材料无毒,适宜在办公环境安装使用

用蜡成形的零件原型,可以直接用于失蜡铸造

可以成型任意复杂程度的零件

无化学变化,制件的翘曲变形小

原材料利用率高,且材料寿命长

◎ 支撑去除简单,无需化学清洗,分离容易

◎ 可直接制作彩色原型

缺点:

◎ 成型件表面有较明显条纹 

 

 

沿成型轴垂直方向的强度比较弱

◎ 需要设计与制作支撑结构 

 

原材料价格昂贵

需要对整个截面进行扫描涂覆,成形时间较长


2.熔融沉积快速成型材料及设备

熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头,喷头温度的控制要求使材料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。除了热熔喷头以外,成型材料的相关特性(如材料的粘度熔融温度粘结性以及收缩率等)也是该工艺应用过程中的关键。

熔融沉积工艺使用的材料分为两部分:一类是成型材料,另一类是支撑材料。

v熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求:

F材料的粘度

材料的粘度低、流动性好,阻力就小,有助于材料顺利挤出。材料的流动性差,需要很大的送丝压力才能挤出,会增加喷头的启停响应时间,从而影响成型精度。

F材料熔融温度

熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出,有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可以减少材料在挤出前后的温差,减少热应力,从而提高原型的精度。

F材料的粘结性 

FDM工艺是基于分层制造的一种工艺,层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方,粘结性好坏决定了零件成型以后的强度。粘结性过低,有时在成型过程中因热应力会造成层与层之间的开裂。

F材料的收缩率 

由于挤出时,喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出,挤出后材料丝一般会发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感,会造成喷头挤出的材料丝直径与喷嘴的名义直径相差太大,影响材料的成型精度。FDM成型材料的收缩率对温度不能太敏感,否则会产生零件翘曲、开裂。

由以上材料特性对FDM工艺实施的影响来看,FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。

F能承受一定高温度

由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触,所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温,在此温度下不产生分解与融化。

F与成型材料不浸润,便于后处理

支撑材料是加工中采取的辅助手段,在加工完毕后必须去除,所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。

F具有水溶性或者酸溶性

对于具有很复杂的内腔、孔等原型,为了便于后处理,可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。由于现在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料,该材料一般可以溶解在有机溶剂中,所以不能使用有机溶剂。目前已开发出水溶性支撑材料。

F具有较低的熔融温度

具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出,提高喷头的使用寿命。

F流动性要好

由于支撑材料的成型精度要求不高,为了提高机器的扫描速度,要求支撑材料具有很好的流动性,相对而言,对于粘性可以差一些。

 

FDM工艺对支撑材料的要求是能够承受一定的高温与成型材料不浸润具有水溶性或者酸溶性具有较低的熔融温度流动性要特别好等。

第3讲 桌面级打印机的工作原理

第3讲 桌面级打印机的工作原理第3讲 桌面级打印机的工作原理

3.典型工艺运行成本的比较

快速成形设备运行的费用主要有激光器每小时损耗、材料每小时用量、耗电量费用、设备折旧费、房租、水电、人员工资这几部分组成。

而耗电量为每小时1.6元,在此我们忽略不计,设备折旧费、房租、水电、人员工资均由各单位自己制定,只比较材料每小时费用和激光器每小时损耗折损费用即可反映各种典型工艺运行的成本优劣势。

按照每小时计算费用比较,请见下图。

第3讲 桌面级打印机的工作原理

4.在各行业领域中的应用

1、汽车制造业中的应用

某汽车生产厂由于车型的变化要求,一些零件需要快速制作出来,验证其设计的合理性。而快速成形技术可以在零件设计出来后短时间内制作出可以装配、有一定功能性的快速成形产品。

另外,如果直接将三维立体图形投入实体生产,这样产品被市场认可的风险是很大的,而MEM工艺可以解决这一问题。

例如空调罩产品在招标过程中,可以利用样品参加,减少了招投标成本。

2、家电产品中的应用

电动工具与家电产品的外形设计,是这类产品是否具有市场竞争力的重要方面。快速成形技术可以协助工业产品设计师及时修改设计方案,有效地争夺设计时间,为企业快速占领市场提供了先决条件。

3、工艺品中的应用

快速成形技术可以使得工业设计更加方便、快捷、准确。将设计师的设计意图表达在快速成型模型中了短时间内验证设计理念的合理性和可行性。

4、仿古建筑领域中的应用

我国古代的许多建筑都具有浓厚的历史文化气息;

越来越受到人们的喜爱,将古建筑制作成精致的模型;

作为工艺品来欣赏,通过MEM技术就可以方便地实现。

我们可以通过反求工程得到建筑物的三维CAD模型,将其输入快速成形系统,由数据处理软件进行零件信息处理和工艺规划,然后自动生成数控代码控制成形模型。这样,古建筑的历史文化信息就浓缩在了精美的模型中了。

5、医学领域中的应用

某公司曾经与医院进行了很好合作,在颌面骨修复手术中,快速成形技术帮助医生准确确定面部创伤的位置、创伤的面积,以保证手术安全快速的完成。另外,某公司协助军区总医院做的脊椎骨、连体婴儿的手术也非常的成功。

6、考古中的应用

在考古工作中,也做出了巨大的贡献,某公司的工艺曾在中科院鹤骨研究项目中;

发挥了重要作用,很好的服务了考古工作的展开。下面是大家非常熟悉的一副画面。

第3讲 桌面级打印机的工作原理

7、铸造领域的应用

 

由于MEM工艺所采用的材料熔点低;

在制作好的模型表面挂上陶瓷浆料;

进行高温焙烧,在700-800摄氏度左右ABS材料会完全气化挥发,获得的陶瓷型腔可用于金属浇注,从而可获得金属件的快速制造。

第3讲 桌面级打印机的工作原理

由于熔融挤压快速成形工艺具有的显著优点,该工艺发展极为迅速。MEM设备未来将向桌面化发展,在金属零件直接快速制造中也会得到越 

来越多的应用,另外,快速制造技术与传统工业 

、快速制造与微纳制造、快速制造与生物医学制 

造领域的结合应用将更加的普及和深入。

第3讲 桌面级打印机的工作原理




















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第2讲 典型的3D打印机介绍

主要介绍典型的3D打印技术和桌面级打印机的种类。

1.3D打印技术的分类

1)FDM:熔融沉积快速成型,主要材料ABS和PLA
2)SLA:光固化成型,主要材料光敏树脂
3)3DP:三维粉末粘接。如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末
4)SLS:选择性激光烧结,主要材料粉末材料
5)LOM:分成实体制造,主要材料纸、金属膜、塑料薄膜
6)DLP:数字光处理,主要材料液态树脂
7)FFF:熔丝制造,主要材料PLA、ABS
8)EMB:电子束熔化成型,主要材料钛合金

2.流行的3D打印技术种类 

主要包括SLA/DLP技术、FDM熔融层积成型技术、3DP技术、SLS选区激光烧结等。

SLA/DLP技术SLA 是”Stereo lithographyAppearance”的缩写,即立体光固化成型法。它的工作原理是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,由点到线再到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面,这样层层叠加构成一个三维实体。如下图所。

第2讲 典型的3D打印机介绍

大家可以了解一下SLA技术的原理。

SLA 是最早实用化的快速成形技术,采用液态光敏树脂原料,工艺原理如图所示。其工艺过程:

首先,通过 CAD 设计出三维实体模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;

其次,激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面 , 使表面特定区域内的一层树脂固化后, 当一层加工完毕后,就生成零件的一个截面; 升降台下降一定距离,固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二固化层牢固地粘结在前一固化层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。

最后,将原型从树脂中取出后,进行最终固化,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。

第2讲 典型的3D打印机介绍

SLA 技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分, SLA用原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA 技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

可以观看:SLA3D打印机UM1 打印视频。

FDM即是Fused DepositionModeling,熔融挤出成型工艺的材料一般是热塑性材料,如ABS、PC、尼龙等,以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的材料粘结。

每一个层片都是在上一层上堆积而成,上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加,层片轮廓的面积和形状都会发生变化,当形状发生较大的变化时,上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用,这就需要设计一些辅助结构-“支撑”,对后续层提供定位和支撑,以保证成形过程的顺利实现。其原理如图所示。

第2讲 典型的3D打印机介绍

这种工艺不用激光,使用、维护简单,成本较低。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。近年来又开发出PC,PC/ABS,PPSF等更高强度的成形材料,使得该工艺有可能直接制造功能性零件。由于这种工艺具有一些显著优点,该工艺发展极为迅速,目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额最大。

可以观看:FDM ABS 3D打印视频

3DP即3D printing,采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术,通过将液态连结体铺放在粉末薄层上,以打印横截面数据的方式逐层创建各部件,创建三维实体模型,采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩,还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上,模型样品所传递的信息较大,如图所示。

第2讲 典型的3D打印机介绍

美国麻省理工大学的Emanual Sachs教授于1989年申请了三维印刷技术(3DP)的专利。这是一种以陶瓷、金属等粉末为材料,通过粘合剂将每一层粉末粘合到一起,通过层层叠加而成型。1993年,粉末粘合成型工艺是实现全彩打印最好的工艺,使用石膏粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等作为材料,是目前最为成熟的彩色3D打印技术。


可以观看:projet 3d打印快速成型机机器模拟演示视频

SLS选区激光烧结技术,即Selective Laser Sintering,和3DP技术相似,同样采用粉末为材料。所不同的是,这种粉末在激光照射高温条件下才能融化。喷粉装置先铺一层粉末材料,将材料预热到接近熔化点,在采用激光照射,将需要成型模型的截面形状扫描,使粉末融化,被烧结部分粘合到一起。通过这种过程不断循环,粉末层层堆积,直到最后成型。

第2讲 典型的3D打印机介绍

SLS最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard于 1989 年在其硕士论文中提出的。后美国DTM 公司于 1992 年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。几十年来,奥斯汀分校和DTM 公司在 SLS 领域做了大量的研究工作,在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国的EOS 公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应的系列成型设备。激光烧结技术成型原理最为复杂,成型条件最高,设备及材料成本最高的3D打印技术,但也是目前对3D打印技术发展影响最为深远的技术。目前SLS技术材料可以是尼龙、蜡、陶瓷、金属等,SLS技术成型材料的的种类多元化。

可以观看:金属粉末3D打印机完整零件加工过程视频


LOM 技术 分层实体制造法(LOM——Laminated Object Manufacturing),LOM 又称层叠法成形,它以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)为原材料,其成形原理如图所示,激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后,送料机构将新的一层纸叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再进行切割,这样一层层地切割、粘合,最终成为三维工件。

第2讲 典型的3D打印机介绍

SLA、LOM 、SLS、FDM技术比较

指 

 

 

SLA

LOM

SLS

FDM

成型速度

较快

较慢

较慢

原型精度

较高

较低

较低

制造成本

较高

较低

较低

复杂程度

复杂

简单

复杂

中等

零件大小

中小件

中大件

中小件

中小件

常用材料

热固性光敏树脂等

纸、金属箔、塑料薄膜等

石蜡、塑料、金属、陶瓷等粉末

石蜡、尼龙、ABS、低熔点金属等

几种技术的特点


1、FDM:熔融沉积制造,利用高温将材料融化成液态,通过打印头挤出固化,最后在立体空间上排列形成立体实物。FDM同其他成型技术相比,它的成型精度高、打印模型硬度好,颜色多样,但是成型物体表面粗糙。

2、PLA:聚乳酸,新型的生物降解材料,使用玉米或木薯淀粉原料制成。PLA具有良好的生物可降解性,是公认的绿色高分子环保材料。


3、SLA:光固化,也称光造型。该工艺的特点是:原型件精度高,零件强度和硬度好,可制出形状特别复杂的空心零件,生产的模型柔性化好,可随意拆装,是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑树脂收缩会导致精度下降,另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势。


4、SLS:选择性激光烧结,常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成形材料。该工艺的特点是材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高,原型强度高,所以可用样件进行功能试验或装配模拟。

总之如下:

  • SLA材料是液态光敏树脂,打印需要支撑,材料单一;

  • SLS塑料打印是不存在支撑的;

  • SLS材料丰富,粉末状,以尼龙为基础的材料就有十来种,而且自己可以通过设备开发新材料。

  • SLS一大特色就是可以打印金属材料,这是FDM和Sla都不能做到的。

3.桌面级3D打印机的种类 


桌面级3D打印机目前是3D打印爱好者和部分创业者的青睐。结构简单,使用维护方便,效果好目前来说,桌面级3D打印所采用的结构都较为简单,由于目前还未有对其分类的名称出现,所以我使用代表机型来对其进行分类。

1.reprap prusa i3系列

2.makebot系列

3.三角洲系列

 

reprapprusa i3系列的3D打印机的特点很是明显,结构简单,甚至很是简陋。外观上基本未做任何修饰,主要为实现功能而设计的。reprap公司是最早开源的一家3D打印公司。这也是目前市面上爱好者们做DIY的主力机型。

主要优点为:结构简单,拼装维修较为容易,成本较低,为DIY首选。

其缺点为:精度较差,速度较慢,打印效果不是很理想。

第2讲 典型的3D打印机介绍

makebot系列为目前市面上绝大多数的3D打印机的结结构类型。其结构与机械中的数控铣床很是类似。三轴承担三个维度的位置,使得喷头能到达设计尺寸中的任意位置,由于其结构较为成熟,所以为3D打印制造商的首选。


优点:精度较高,速度较快,较为成熟稳定,可搭载多喷头。

缺点:成本较高,调试较为复杂,维修相对繁琐。

第2讲 典型的3D打印机介绍

三角洲类型的3D打印机,与前面两类3D打印机的结构就迥然不同了,前两种3D打印机使用的是笛卡尔坐标系,而三角洲系列则是并联式运动结构,其工作原理为:滑块依靠连杆与打印机喷头相连,当滑块上下运动时,依靠连杆的刚度完成对喷头的牵引实现对打印头位置的控制。

优点:为速度较快,精度较高,结构简单,适合DIY 。

缺点:所占据的空间较大,稳定性较差。

第2讲 典型的3D打印机介绍

总之,目前来说,市面上的3D打印机都是这几种结构,而市场上售卖的以makebot系列最多,3D打印爱好者们DIY则更喜欢reprap系列和三角洲系列。

如需视频可以联系我,有问题敬请留言。

第2讲 典型的3D打印机介绍


















































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3D打印机组装与调试

):第2讲 典型的3D打印机介绍

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第4讲 3D打印机的安装概述


安装的注意事项及要点介绍。

1.ANYCUBIC打印机的参数介绍

要装的打印机如下图所示。

第4讲 3D打印机的安装概述

u打印参数

打印原理:FDM(熔融沉积造型)

打印体积:210mm*210mm*250 mm

打印精度:0.1~0.4 

m m

定位精度:X 0.012 5 mmY0.0125mmZ0.0025mm

喷头数量:单喷头

喷嘴直径:0.4mm

打印速度:2060 m m/s

移动速度:60mm/s

耗材:PLA, ABS, HIPS,木质耗材等


u软件参数

切片软件:Cura

输入格式:.STL, .OBJ, .AMF

输出格式:GCODE

连接方式:SD卡,USB线


u电源参数

电源输入:110V/220V AC, 50/60Hz


u温度参数

环境温度:80C400C

喷嘴温度:最高2600C

热床温度:1000C


u物理参数

机器尺寸:410mm*475mm *458mm

机器重量

10 Kg


2.安装构件介绍

主要有一下几个部分。

第4讲 3D打印机的安装概述第4讲 3D打印机的安装概述

另外,还需要如下部分。

u使用部分如平台调平、驱动的安装、切片软件操作简介等。

(1)Cura的安装

(2) 

Cura的汉化

(3) Cura的使用

(4) Cura的参数设置

(5)联机打印

(6)脱机打印

当然除此之外还有常见问题,如电子结构类、模型类等,教授大家一些处理技巧。

3.安装注意事项 

l组装机器需要一张平整桌面。将零件有序摆放,方便快速寻找并装配。

l每一步均按配件列表、装配图示及装配效果,且步骤末尾有装配技巧及注意事项

l组装过程中可用尺子测量螺丝长度避免用错。

l另外,零件包中可能含有多余的备用螺丝



机器的整体结构

第4讲 3D打印机的安装概述


第4讲 3D打印机的安装概述







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第1讲 3D打印技术的发展状况

《3D打印机的安装与调试》课程介绍:

 

主要讲述内容:3D打印的最新技术,并介绍典型的3D打印机,重点结合熔融挤压打印原理介绍3D打印机的基本原理、结构组成等基本知识,在此基础上进行机械结构的构建和组装,完成3D打印机的机械部分安装与调试。同时了解3D打印机的电气控制原理,根据电气原理图学习3D打印机的控制电路的构建和和布线安装,并完成电路和机械部分的联机调试,同时学习本打印机的打印模型制作,检验打印机的精度。

 

培养学生能力:从更深层次较好的了解3D打印实现的基本原理,通过DIY环节能够很好的发挥学生学习的主观能动性,提升他们的动手实践能力和创新能力,为他们进一步提升自己的转一个能力夯实基础。

本节授课目录:

1.3D打印技术概念

2.3D打印技术的应用领域

3.3D打印技术国际发展状况

4.3D打印技术国内发展状况

本节授课内容:

1.3D打印技术概念

 

 

首先,3D打印技术是快速成型技术的一种,可以通过相应的网站观看快速成型视频

 

其次,它是一种以数字模型文件为基础,可以观看数字模型文件视频

 

 

最后,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,可以观看逐层打印视频


 

下面结合两个生活中的实例进行详细说明。

 

笔筒打印实例3D打印机逐层打印的笔筒如下图所示。左图打印时的照片,右图是切片软件的参数设置不同,打印的笔筒的质量就不同,于是倒入水进行试验,放置10小时进行观察,则质量中等的表面就开始渗水,高质量的表面就无渗水现象。此时,说明打印的参数设置直接影响了打印的质量。

第1讲 3D打印技术的发展状况

VR眼镜的打印与制作VR眼镜在生活中应用广泛,使用3D打印机打印VR眼镜,如下图所示。选择了打印效率较高的支撑,如图所示。

第1讲 3D打印技术的发展状况

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

同时对装配件进行打印如下左边两图所示,然后把各个组件进行安装,如右图所示。

第1讲 3D打印技术的发展状况 

 

再把如下两图的零件进行组装。

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

最后,如下图所示是零件的组装效果,此时手机里面下载App就可以使用了,效果还是不错的,清晰度也比较高。

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

 

 

 

通过上面的例子,让大家了解了3D打印是怎么回事,那么3D打印的作为一种通俗化名称,其实质是增材制造技术,因此又称为添加制造(AM,Additive 

Manufacturing)。

 

 

美国材料与试验协会将增材制造技术定义为:基于3D模型数据,采用与减式制造技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程,通常通过电脑控制将材料逐层叠加,最终将计算机上的三维模型变为立体实物,是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。

 

2.3D打印技术的应用领域  

 

 

3D打印技术在各领域发展迅速,主要被应用于艺术创作、珠宝制作等领域,替代这些领域传统以来的精细加工工艺。如下图所示的饰品和工艺品等。 

第1讲 3D打印技术的发展状况

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

 

另外,也主要被应用于电子外壳的产品原型、磨具制造、玩具配件等领域。

第1讲 3D打印技术的发展状况

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

 

除此之外,该技术在汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支、生物工程以及其他多个领域都有所应用。

第1讲 3D打印技术的发展状况

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

该技术在牙科和医疗产业领域的应用。同时,2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作,尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官,是医学领域具有重大意义的创新。如下图所示。第1讲 3D打印技术的发展状况


第1讲 3D打印技术的发展状况

3.3D打印技术国际发展状况

 

 

3D打印技术在国外发展较快。其中,美国Zcorp公司与日本Riken Institute于2000年研制出基于喷墨打印技术的、能够制作出彩色原型件的三维打印机。另外,以色列的Object Geometries公司推出了基于结合3D Ink—Jet与光固化工艺的三维打印机Quadra。



 

 

在全球3D打印机行业,美国3DSystems和Stratasys两家公司公司的产品占据了绝大多数市场份额。其中,3DSystems公司的实力最为强大,代表了3D打印技术目前的技术水平和未来的发展趋势。3DSystems公司–http://wx.issmart.com.cn/stratasys/3dprinting。


 

 

Stratasys的3D打印技术和材料

 

 

FDM技术:FDM又称熔融沉积成型,是使用最广泛的3D打印工艺之一。

  • 该技术清洁、易用且适合办公室环境;

  • 支持的生产级热塑性塑料具有机械和环境稳定性;

  • 可实现其他技术无法制造的复杂几何形状和内腔;

  • 完美的稳定性和重复性,支持小批量直接生产;

  • StratasysFDM 3D打印机支持的热塑性塑料及其性能。




 

 

在欧美发达国家,3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式,如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域,3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件,完成复杂而精细的造型。同时,国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中,行业巨头正在加速崛起。

可以到shapeways网站上看看,会带给你不一样的感受和视野。https://www.shapeways.com/create。

第1讲 3D打印技术的发展状况

4.3D打印技术国内发展状况


 

 

u清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDMT艺等方面有一定的科研优势;

 

 

u华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势,推出HRP系列成型机和成型材料;

 

 

u西安交通大学自主研制了三维打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料,成型精度达到0.2mm

 

 

u中国科技大学学自行研制了八喷头组合喷射装置;有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言,国内3D技术的研发水平还有较大差距。

 

 

我国港台地区很多高校和企业都有自己的3D打印设备,RP技术应用更为广泛,但并非自主研发。


 

 

下面是清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDMT艺等方面有一定的科研优势。

第1讲 3D打印技术的发展状况

 

 

 

 

另外,我本人还比较喜欢宏瑞的打印机,机械结构和系统的稳定性比较好,最开篇的笔筒和VR眼镜的打印设备就是宏瑞的。

第1讲 3D打印技术的发展状况


课后作业:

1.请谈谈你对3D打印机的认识?

2.根据3D打印机在我国的发展情况,你有什么想法?

3.3D打印在现实生活中的应用,请举例说明?

4.你对国外的发展状况了解吗?















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3D打印机组装与调试

):第1讲 3D打印技术的发展状况

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Cura教程(四)——“填充”设置部分

Cura教程(四)——“填充”设置部分

四、填充”设置部分

        FDM不同于SLA/DLP、SLS等成型技术的一个特点是:FDM通常不打印实心的物体,而是以一定的图案和比例填充内部结构,从而起到节约材料/时间等目的,但同时也会影响模型的强度

Cura教程(四)——“填充”设置部分

“填充”中的项目主要对模型内部的打印方式进行设置

        1.“填充密度”:此项是“填充”部分最核心的设置项。“填充密度”定义了打印模型内部使用的耗材量,较高的值可以使打印件更坚固。通常对于仅具有外观需求的模型,使用大约20%的填充密度就足够了,而更高的“填充密度”可以用于打印对强度有一定需求的功能性零部件

Cura教程(四)——“填充”设置部分

 子选项“填充走线距离”是根据填充密度自动计算出来的填充线间距,也可以直接设置线距,这与改变填充密度具有相同的效果。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

左边的模型比右边有更高的填充密度

        2.“填充图案”:Cura中有很多可选的填充结构的图案,这些图案在不同的情况下各有益处,常见的选择有“网格”、“直线”和“锯齿形”。共有13个选项可用:

Cura教程(四)——“填充”设置部分

Cura教程(四)——“填充”设置部分

部分填充图案

         3.“填充走线方向”:同“顶层/底层”的图案一样,填充的默认走线方向也是45°和-45°角,如需改为不同方向,请在其中填入相应的角度,例如[0,90]。

         4.“填充X/Y轴偏移量”:默认情况下,填充图案相对于每个模型各自的中心进行定位,无论模型位于平台何处,填充图案相对于模型的位置都是一样的。同时,可以分别设置X/Y轴偏移量来更精确地控制填充图案的位置,使模型获得更好的强度。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

Cura教程(四)——“填充”设置部分

注意填充图案的十字交叉处:

左侧为默认中心位置,右侧为X轴偏移-1

:     5.“填充重叠百分比”和“皮肤重叠百分比”:这两项设置分别控制打印“中间层”和“顶层/底层”时,“填充”和“内壁”之间的重叠量,可以设置百分比,也可以通过子选项设置真实值。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

较高的值可以使填充和墙壁之间更好的结合,但另一方面也可能降低表面打印质量,因为太高的值可能导致过度挤出。通常,Cura中的默认值是合适的。

        6.“填充物擦拭距离”:同“外壁擦嘴长度”一样,打印“直线”等不连续填充图案时同样可以“擦嘴”。通常为默认值0.1mm。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

‘“填充重叠百分比”和“填充物擦拭距离”示意图

       7.“填充层厚度”:由于填充位于模型内部,没有外观上的需求,因此可以使用比“层高”更厚的厚度,来减少打印时间。当调整此设置时,需使该值为“层高”的倍数(否则,Cura会将其四舍五入为“层高”的倍数)。例如,当使用“层高”0.15mm打印模型时,可以使用0.3mm的厚度打印“填充”。打印机将首先连续打印2层“墙壁”,然后打印1层较厚的“填充”层。

       8.“渐进填充步阶”:通过降低下层的“填充密度”来减少耗材使用量和打印时间。每一个渐进填充步阶都将成倍减少“填充密度”。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

当启用“渐进填充步阶”时会出现“渐进填充步阶高度”子选项

例如,在“填充密度”为20%的情况下,当“渐变填充步阶”= 1、“渐进填充步阶高度”=2mm时,“填充”最高处2mm内的密度为20%,2mm以下的密度为10%。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

2 步阶渐进填充示例:蓝色填充物的密度从上到下逐阶降低

       9.“先填充物后壁”:即先打印“填充”,后打印“墙壁”。先打印“填充”有利于打印悬垂结构,但是会造成表面质量降低。通常,取消此项,来获得较好的表面打印质量。

      10.“最小填充区域”:此设置使在面积小于该值的小区域部分以打印“皮肤”的方式(即实心)来代替“填充”。以烟囱为例:烟囱薄而脆,以皮肤方式打印为实心,可以提高其强度。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

打印4mm直径立柱时,设置该值为4×4=16mm²时打印为实心

       11.“肤移除宽度”:此设置可以使不打印由于斜面而产生的过细的“皮肤”填充,以防止打印头在小范围内锯齿运动,从而防止振动。通常,该值与“壁厚”接近。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

可以通过子选项分别设置“顶部/底部”的过细区域

Cura教程(四)——“填充”设置部分

右图为启用后,箭头所示“底部过细皮肤”将不在打印

       12.“皮肤扩展距离”:此设置将使“皮肤”扩大到“填充”区域,从而使皮肤边缘部分向上抬起的墙壁得到更好的支持,消除墙壁和顶部/底部皮肤之间的缝隙。通常,该值与“壁厚”接近

Cura教程(四)——“填充”设置部分

可以通过子选项分别设置“顶部/底部皮肤”的扩展距离

Cura教程(四)——“填充”设置部分

左侧为不扩展时,墙壁和底部皮肤之间存在缝隙

           右侧为扩展1.2mm后,墙壁得到了良好的支持

Cura教程(四)——“填充”设置部分

此选项将对模型中间向上抬起的墙壁底部提供更好的支持

        13.“最大扩展皮肤角度”:当启用“皮肤扩展”时,没有必要对模型上所有的皮肤都进行扩展,只需要在陡峭的墙壁处进行皮肤扩展以保证支持强度。默认为90°,可以根据模型实际情况,通过减小该值来进行限制。

Cura教程(四)——“填充”设置部分

Cura教程(四)——“填充”设置部分

左侧为90°全部扩展,右侧为70°时箭头所示部分将不再扩展