3D打印机组装与调试资料

《竞赛机器人制作技术基础》系列课程3D打印机的组装与调试杨学军2015年5月22日内容简介一、快速成型技术二、3D打印机1.概念2.发展简介3.工作步骤4.应用领域三、delta并联3D打印机简介1、机械部分2、电子部分3、软件部分四、组装与调试助课同学：星期六:张彦宇项飞金卓阳张琦乔晋鹏张磊星期日:张彦宇张磊赵蕾孙泽勇张琦负责人:张彦宇分组情况：以班为单位，每四个人一组。两天安排星期六9:00-10:30创新创业专题讲座10:30-11:153D打印机理论及机械部分讲解11:15-12:00分发套件，开始组装机械部分12:00-13:15午饭时间13:15-17:15机械部分组装完成18:30-21:00没能完成机械部分组装的同学继续完成星期日9:00-9:203D打印机软件部分讲解9:20-11:00电气部分安装与整机调试11:00-12:00每人打印一个小作品12:00-13:15午饭时间13:15-16:00继续打印作品16:00-17:00拆打印机成原来的散件，并按照清单进行整理。17:00-17:15归还打印机以上时间为每组任务的最迟完成时间，如果提前完成就开始下一步的工作。一、快速成型(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，是基于离散－堆积成形原理的先进制造技术的总称。被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。例如：熔积成形法:这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。光固化法:以光敏树脂为成形材料,通过计算机控制下的紫外激光束对液态树脂逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成薄层截面.激光选区烧结:将非金属(或普通金属)粉末有选择地烧结成形的工艺.叠层制造:加一层纸,切割,再加层纸,再切割,直到整个零件模型制作完成.直接金属激光烧结：通过使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体，同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠，以生成致密的几何形状的实体零件。二、3D打印机1.概念3D打印机又称三维打印机，是一种以数字模型文件为基础，运用塑料等可粘合材料，通过打印一层层的材料来制造三维的物体。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。特点：3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。主要材料:生物材料PLA，树脂材料ABS/PP，高强度航空材料聚碳(PC)，超软材料聚酯，食品材料巧克力，水溶材料聚乙醇，金属材料，各种含量碳钢等材料都在清单之列，在3D材料技术上已经取得了长足发展。生物材料PLA是植物酶中提取的生物材料，以其优良的特性，硬度，质感，稳定性和无毒等优点广被接受，其主要被用于各种电子产品外壳制作，玩具制作，礼品工艺品制作等领域，使用广泛，有很好的口碑。树脂材料ABS,又名塑料石油化工产品，主要用途是注塑产品外壳，如空调洗衣机等外壳，性能稳定，韧性好强度高，但在高温状态下会释放少量塑化剂，要求在密闭状态下打印，减少塑化剂的挥发，在3D打印行业使用普遍。2.发展历史:3D打印思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。3D打印是科技融合体模型中最新的高“维度”的体现之一，中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。19世纪末，美国研究出了的照相雕塑和地貌成形技术，随后产生了打印技术的3D打印核心制造思想。20世纪80年代以前，三维打印机数量很少，大多集中在“科学怪人”和电子产品爱好者手中。主要用来打印像珠宝、玩具、工具、厨房用品之类的东西。甚至有汽车专家打印出了汽车零部件，然后根据塑料模型去订制真正市面上买到的零部件。1979年，美国科学家RFHousholder获得类似“快速成型”技术的专利，但没有被商业化。20世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。20世纪80年代中期，SLS被在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利，项目由DARPA赞助的。到20世纪80年代后期，美国科学家发明了一种可打印出三维效果的打印机，并已将其成功推向市场，3D打印技术发展成熟并被广泛应用。普通打印机能打印一些报告等平面纸张资料。而这种最新发明的打印机，它不仅使立体物品的造价降低，且激发了人们的想象力。未来3D打印机的应用将会更加广泛。1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。2003年以来三维打印机的销售逐渐扩大，价格也开始下降。3.工作步骤：第一步：设计三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。第二步：打印打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度（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）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。第三步：修整三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样）。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。4.应用领域3d打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），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，和许多其他领域。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。如：汽车打印2014年10月10日，世界首款3D打印汽车终成现实，这辆由“本地汽车”公司打造的3D打印汽车只有两个座位，名字叫“斯特拉迪”，它的制作周期为44个小时，并且最高时速可以达到80公里每小时。“斯特拉迪”全身是碳纤维及塑料，利用“3D打印技术”制造而成。据悉，全车只使用了40个零件，且依靠电动能源，充一次电花费3.5小时，可以行驶大约100公里。三、delta并联3D打印机简介控制打印头的方法主要有两种，并联臂和并联臂。并联臂打印机，又叫delta型。因为其形状和数学中的delta符号相似而得名。其应用了平行四边形结构，来控制打印头的位置。优点：1、便宜。同样性能的情况下要比xyz型的便宜不少。2、结构简单。但是组装起来并没有想象中的简单。3、速度快。4、自动调平。缺点：1、空间利用率低。在Z向可以打印很高，但是在xy平面能打印的范围较小。通常的是直径17cm的圆。2、调试困难。xyz型的打印机基本上三个轴是相互独立，互不影响。但是delta型的三轴却是相互关联的。要调试的参数比xyz型的要多。本次组装的3D打印机简介：本次组装的并联臂3D打印机主要由机械、电子、软件三大部分组成：1）机械部分主要由支撑部分、传动组部分以及执行组部分组成。支撑部分包括铝制骨架1、连接件2，两者的作用是支撑3D打印平台，并为传动组部分零件提供合适的安装位置，铝制骨架（1）与连接件（2）通过直接嵌入连接并通过螺丝固定。1—铝制骨架2—连接件3—42步进电机4—滑轮组5—鱼眼6—碳纤维杆7—喷嘴固定座8—送丝机传动组部分包括42步进电机（3）、滑轮组（4）、鱼眼（5）、碳纤维杆（6）、喷嘴固定座（7）、皮带组成，42步进电机（3）通过连接件（2）固定在底座中通过皮带与在铝制骨架上移动的滑轮组（3）连接，滑轮组（3）和喷嘴固定座（7）上设计安装有鱼眼（5），通过碳纤维杆（6）将滑轮组（3）与喷嘴固定座（7）相连接。执行组部分为送丝机。送丝机（8）通过螺丝固定在铝制骨架（1）顶端。2、电子部分主要由Ardurino-Mega2560控制器（13）、RAMPS1.4控制器、电机驱动板（14）、组成。ArduinoMega2560（13）是采用USB接口的核心电路板，适合需要大量IO接口的设计。处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSPheader和一个复位按钮，主要作用是利用软件生成的G代码控制RAMPS1.4电机驱动器的高低电平，进而控制42步进电机（3）的步进。3、软件部分主要是Repetier-host软件（调试软件）、Ardurino软件（打印切片软件）和arduino-1.0.5-r2-windows（固件上传软件）。附：G代码示例G28归位G1XYZFE代表运动到相应位置，F为运动速度，E为挤出机运动M106开风扇M107关风扇M140S70;平台(热床)的温度设定到70℃(如果有的话)M109T0S220;挤丝头的温度设定到220℃并等待温度到达220℃T0;使用第一个挤丝头G21;设置单位为毫米G90;绝对定位M82;设置挤出为绝对模式M107;关闭风扇G28X0Y0Z0;移动到原点G1Z15.0F9000;移动到离平台15mm处G92E0;设当前丝长为0G1F200E3;挤出丝长3mmG92E0;再次设当前丝长为0;总层数:390;层:0M107G1F2400E-4.50000G0F9000X-11.000Y-11.000Z0.300;类型:内墙G1F2400E0.00000G1F1200X-16.733Y-11.000E0.28602G1X-16.733Y-16.733E0.57204G1X-11.000Y-16.733E0.85806G1X-11.000Y-11.000E1.14408G0F9000X-10.600Y-10.600;类型:外墙G1F1200X-17.133Y-10.600E1.47001G1X-17.133Y-17.133E1.79595G1X-10.600Y-17.133E2.12188G1X-10.600Y-10.600E2.44781G0F9000X-11.139Y-11.422G0X0.266Y0.266Z78.100;类型:内墙G1F600X-0.266Y0.266E1518.33632G1X-0.266Y-0.266E1518.35402G1X0.266Y-0.266E1518.3717