3D打印机diy学生自主立项申请书

PAGE山东理工大学本科生创新研究项目学生自主立项申请书申报学生姓名宋发成学号1111052001学院专业年级机械工程学院机创1101指导教师牛国栋创新研究主要内容题目一种基于FDM技术的增材制造机的设计与制作设计方案摘要：（详细设计方案请另附页）一、制作背景目的增材制造机，其营销术语众所周知，即3D打印机，快速成型技术的一种，以其操作相对简单，可制作普通工艺无法制造的复杂结构而立足。其制造核心思想起源于19世纪末期的美国，并于上世纪80年代，最早一批3D打印机出现，80年代后期90年代，3D打印机被广泛用于工业，医疗，航空航天，飞机制造业。经过二三十年的发展，3D打印机进入快速发展期，其应用范围也在逐渐扩大，Stratasys等大公司开始将其推向商业化，其中桌面级的各种机型渐渐走入家庭。也出现了些开源的桌面级3D打印机供爱好者开发，Reprap就是这类开源机器，此项目的目的便是基于reprap框架制作一台简单的开源的可以正常使用的3D打印机。二、制作使用基本原理及试验材料原理梗概：计算机程序将设计好的3d模型进行数据分层，打印机控制部分将每层数据转化成运动，并配合打印头的材料熔化，粘合，逐层以极小间隔运动，直至成品成型。成型原理：3D打印机的成型原理基本是这几种:激光粉末烧结法（SLS），熔积成型法（FDM），光固化成型法（SLA），三维印刷法（3DP），分层实体制造法（LOM）。其中，SLS，SLA和LOM基本原理分别是激光烧结，激光照射凝固，和激光切割热粘压，这些工艺所需成本较高。而3DP工艺的实现需要用到铺粉辊，考虑到最终结构工艺的复杂性，难度，以及成本，最终选定FDM技术。该技术以丝状供料，采用材料熔化，固化，粘结的原理逐层成型，成本低，易于维护。运动原理：为实现整个制造过程空间所需的自由度，欲采用三轴运动，打印头做Z轴，X轴的运动，而放置物品的加热板则做Y轴运动，这样，三个轴运动通过计算机程序进行有序组合配合运动。所需试验打印材料的选择：熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PETG、PLA。以下是各自材料的优缺点及温度参数。因对精度要求不高，主要考虑可操作性及经济性，选择ABS材料。三、机器基本组成及如何实现以下是Reprapi2型的基本模型：此机型的组成大致分为三部分，即结构部分（整体框架），加热部分，以及控制部分结构部分包括原始框架，XYZ轴导轨框架，铝合金地板。加热部分包括加热板（加热床），挤出机（加热头）。控制部分包括，步进电机，步进电机驱动模块，控制板，电路板，同步轮同步带。组成各部分后然后布线链接。下面简要说明下各部分的实现。=1\*ROMANI.结构部分的选材与安装简明步骤A．组装两侧的三角结构所需材料：M8-380mm螺杆*6，M8螺母、垫片若干，塑料件frame-vertex*2、bar-clamp*2。B．组装横向的连接杆和框架所需材料：M8-300mm螺杆*4，M8-450mm螺杆，M8螺母、垫片若干，608ZZ轴承*2M8大垫片*4（用来挡住同步带），塑料件z-motor-mount*2、ybrac-t*1、bar-clamp*8。C．Y轴滑杆导轨安装所需材料：M8-405mm滑杆导轨*2。D．铝合金底板安装所需材料：M3-20mm螺钉*8，220mm*220mm铝合金底板*1，塑料件y-bushing*4。E．X轴滑杆导轨安装所需材料：M8-420mm滑杆导轨*2，L8UU直线导轨*3，塑料件x-end-idler*1、x-end-motor*1。F．Z轴滑杆导轨安装所需材料：M8-50mm螺杆*1，塑料件belt-clamp*2。=2\*ROMANII．加热部分的选材与安装A．挤出机挤出机主要由两部分组成cold-end、hot-end。cold-end选择Greg'sHingedExtruder，hot-end选择j-headV1版本（这些都很容易买到）。首先将其跟一个用于控制的步进电机链接起来，如图。所需材料：进料绞丝螺钉*1，608ZZ轴承*2，M8螺母、垫片若干，j-headV1挤出机*1，塑料件wade*1、wade-big*1、wade-small*1。B．加热板打印机的热床主要由3部分组成，铝合金底板+PCB加热板+硼硅玻璃板。打印的过程中加热床加热，主要是配合ABS材料使用，打印物体可以更好的黏在底板上面。所需材料：220mm*220mm铝合金底板，PCB加热板，硼硅玻璃板，M3-20mm螺钉、螺母和垫片若干，支持弹簧*4。加热头与热床:=3\*ROMANIII控制部分X轴电机、惰轮、X轴马车（马车即底座）安装所需材料：M8-300mm螺杆*2，M8螺母*4，5mm-8mm弹性联轴器*2，42步进电*1S2M同步轮&S2M同步带*1，M8螺母、垫片、大垫片*2。Y轴步进电机安装所需材料：42步进电机*1，S2M同步轮&S2M同步带*1，塑料件belt-clamp*2。控制板Reprapi2型特定的avratmega2560，以ardurino为开源平台，以marvinv1为固件。为简化电路，已开发专用整合电路板即Ramps1.4，将测温电路，限位开关电路，旋转编码开关电路，显示屏电路等电路整合到一起。=4\*ROMANIV布线将步进电机，热敏电阻，加热设备链接。步进电机和热敏电阻选择100726AWG导线，其他电源线尽量选粗的线。下面是布线原理图四．调试及预期结果=1\*ROMANI预期结果可用ABS塑料打印20mmbox（20mm*20mm*10mm立方体），可能会粗糙，基本成型就可以。=2\*ROMANII调试过程所需软件：选择marvin固件，PC机需要安装4个软件，arduino-0022（固件烧写）、Slic3r（stl模型切片软件）、pronterface（打印控制软件）、netfabbInstaller（stl模型查看工具）。过程A.烧写marvin固件用ardurino-0022编译固件并下载到atmega2560中，程序截图如下B．上电调试1.看温度指示，正常后预热加热设备。

2.调试XYZ各轴运动是否运动正常。3.调节E轴（也就是挤出机）。4.若挤出机正常，开始简单的打印测试。五．应用价值1.可用于作为个人，家用桌面级3D打印机制作简单实物。2.可用于大学生实训项目，供其学习。3.最重要一点，可用于学校开源设计，为后续爱好者开动脑筋创新，提高其打印水平，对中国3D打印业相当重要的。六．缺陷及可能将来会发展的创新点1.解决其不能断点续传的问题。2.优化程序设计，增加wifi功能。3.优化结构，并联结构或其他结构的改造。4.优化喷头路径问题。5.提高打印速度，通过改变XYZ轴各自动关系达到提速目的。七．制作打印机所需的材料综合=1\*ROMANI五金件：M8螺杆20mm*1根（用于卡住挤出机轴承）滑杆导轨（M8）50mm*1根（用于X轴同步带滚动轴）350mm*2根300mm*6根405mm*2根380mm*6根420mm*2根450mm*3根螺母&垫片&螺钉轴承M8螺母*100个L8UU直线轴承*11个M8垫片*100个608ZZ滚动轴承*6个M3螺母*100个M3垫片*100个同步轮&同步带M3-10mm螺钉*40个S2M同步轮*2个（20齿）M3-20mm螺钉*40个S2M同步带*2米M3-40mm螺钉*6个其它塑料件压力弹簧*8个PrusaMendel（i2）塑料件5mm-8mm弹性联轴器*2个M8绞丝螺钉（用于挤出机进料）*1个=2\*ROMANII电子类：控制板开关电源（12V360W）*1个arduinoatmega2560*1片100K热敏电阻*2个（热床和挤出机测温）Ramps1.4*1片轻触开关*3个（x、y、z轴行程控制）步进电机驱动模块A4988*4片导线一套步进电机大扭矩42步进电机*5个加热设备j-head加热头*1个加热床*1个（220mm*220mm铝合金底板+PCB加热板+200mm*200mm硼硅玻璃板）所在实验室名称所在实验室名称参与人员宋发成，葛汶龙实验要求主要设