3D打印机研制项目报告.doc

3D打印机研制项目报告1、 项目名称 低价3D打印机的研制与设计2、 项目开发背景： 从科技大方向上，3D打印机已经成为这个时代科技的代表，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”。 三维打印技术必将成为未来的发展方向; 仅从我们琴岛学院机电工程系来讲，3D打印机也是我们系不可或缺的产品，作为机电专业，我系部所有教学模型全是从外面采购而来，如果低价3D打印机研制成功，这些都可以实现自给自足，还可以根据实际教学需求，由师生自己设计这部分模型。电子实习，机械设计都是必备的仪器。3、 研制与设计意义 众所周知，在进行机械零件的设计时，通常都要经过多次反复的构思、设计、制作、检验、优化的过程，这样才能设计出完美的产品。如何能快速的看出设计成果，如何能尽早的检验是否存在设计缺陷，这困惑了很多的设计人员。如果有一台3D打印机的话，就会很好的解决这些问题。但是，目前，国外的公司已经出现了一些快速成型设备，但是价格都十分昂贵。所以，我们的目标就是设计并实现一种低价格的3D打印机。研制意义有一下几点：（1）3D打印机具有科技代表的意义。（2）3D打印机可为我系机械专业课程设计，实习加工模型。（3）3D打印机电控部分可作为为电气 电子专业课程设计。（4）3D打印机可生产我系部所需教学模型，其他工艺品等。（5） 研制的3D打印机可申请专利，荣誉我机电系，销售产 品，创收我系部。四、3D打印机的设计思路：第一部分：3D打印机的硬件设计第二部分：3D打印机的底层控制软件第三部分：3D打印机的上层交互软件五、3D打印机的一些相关知识 我们的3D打印机总共包括三个部分： 第一部分：3D打印机的硬件设计3D打印机的工作过程，其实很简单。大家可以想想我们平时用的打印机是如何工作的。我们的3D打印机下面有一个工作台，它能够接住我们喷出的塑料。然后上面有一个热熔喷头，喷出热熔的ABS塑料，然后我们的工作台在步进电机的作用下在水平方向运行，喷头做垂直方向的运动。在一层上，这样一个点一个点的打印，然后这样一层一层的叠加，最终我们的3D模型就打印出来了。下面这个图，能够很好的说明模型的打印过程：为了完成这个打印，我们的3D打印机的主要硬件包括驱动电路板、步进电机、嵌入式主控板、热熔喷头和工作台。在控制电路板的指挥下，步进电机能够控制我们的热熔喷头在Z轴方向运动，同时控制工作台在XY轴方向运作，这样可以实现整体的三维运行，最终在工作台上面进行打印。整个系统的关键是要实现热熔喷头的三维运动，从而实现三维物体的打印。 第二个部分：“3D打印机”底层控制软件的设计 底层控制软件是上层界面交互软件和下层控件硬件的一个桥梁。控制软件主要是接受GCODE指令，然后将GCODE指令转化成步进电机控制的指令序列，最后将电机控制指令序列转换成I/O指令实现电机的控制。该软件将内嵌到3D打印机中，以固件的形式存储在嵌入式计算机中。我们是如何得到GCOCE指令的呢？这是我们的上层的交互软件的一部分任务。上层的交互软件主要是实现这样的功能：第一，能够导入STL文件并且进行显示。什么是STL文件？STL文件就是能够存储设计好的模型的一种文件格式。一般的专业设计软件都可以生成STL文件。导入完STL文件以后，我们的就能够在屏幕上面看见我们绘制的3D模型了。第二，对显示模型进行一些细小的调整，例如选择，放大，缩小，平移等调整。 接下来就是我们的重头戏，生成GCODE指令。如何生成GCODE指令？第三部分：上层的交互软件 我们还是说说STL文件。STL文件存放的是组成模型的每个三角形的法向量和三个点的坐标。这些所有的三角面就可以组成我们的模型体。但这只是表面模型。怎么将表面模型变成工作台和喷头的三维运动呢？我们需要对三角形进行切片。最后，点击打印按钮，向控制电路板输出GCODE指令，只需等待数分钟，就能够快速的打印出设计好的3D模型。需要强调的一点是：我们的上层交互软件是不进行相关的设计工作，设计工作应该在专业的设计软件的进行。六、我们的前期工作包括如下部分：这部分主要是介绍为什么我们能够做出3D打印机 该项目所有参与成员已经搜集了大量关于 “3D打印机”的资料，并且设计对3D打印机的整体架构有了一定的认识，产生了自己构想。同时对3D打印机的控制软件与硬件有了初步设计。对于Ultimaker散件_组装有深刻研究。 目前，我们已经完成了STL文件的读取和显示 此外，我们分析了部分GCode指令并进行实际调试。七、项目预期成果： （1）完成3D打印机硬件的设计与制作 （2）设计并实现了3D打印机相关软件 （3）应用做成的3D打印机结合相关的软件实现了一些 实体的制作 （4）通过本项创新实验，提升项目组成员的自主学习能 力和创新能力和团队协作能力 以下内容为现在市场3D打印机存在的问题1)虽然3D打印机的耗材不止一种，但是还是有限的，这就限制了它的生产。其中有些耗材还是对人体有害的，不能用于家庭只能用于小型办公。2）精度不高。如飞机这般高精密的产品使用了3D打印的部件，并不意味着能正常使用3D打印产品这些零部件仅仅是放在试用产品上，量产的飞机不会使用这些耐久度不高的材料组装的。3）不能生产大型物体。4)3D打印机，每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只