3D打印试验报告

1、3D打印实验报告分分数：数：评卷人：评卷人：研究生（研究生（光电技 术实验光电技术实验）课程课程报告报告题题目：目：3D打印 机装调实验打印机装调实验学学号号M年12月月30日日一、一、实验目的实验目的1.了解3D打印机的基本原理2.了解3D 打印机的基本结构和组装过程 3.能够根据指导组装3D打印机4. 掌握3D打印机的调试方法5.学习使用打印软件并连接打印机完 成样品试制二、实验仪器二、实验仪器泰锐3D打印机（零件包）， PLA线三、实验内容三、实验内容 3.1常见常见3D打印机的种 类打印机的种类和工作原理和工作原理3D打印（3Dprinting ）也称为增材制造（AdditiveMan

2、ufacturing ） ”，它是新兴的一种快 速成型技术。与传统的减材制造工艺不同，3D打印是以数据设计文件为基 础，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。最常见的3D打印技术有FDM、SLA、SLS和3DP几种。（1） FDM 全称 FusedDepositionModelling （熔融沉积造型）。打印头加热，把条形塑料加热软化，按照电脑3D模型作 "笔画”。这也是本次实验所用的 3D打印机工作原理。通过控制系统控制步进电机的转动进而控制廊笔”的移动，将三维物体逐层打印最终形成立体三维的作品。整机组装完成后如下图所示：（2） SLA全称Stereolithography（

3、立体印刷术）它用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应 变硬，从而造型。SLA有两大类，一种是Objet3.1.1FDM原理图3.1.2整机图为 代表的，从下到上打印的。另一种是labs为代表的，从上往下打印的。（3） SLS 全称 SelectiveLaserSintering （选择性激光烧结）。和SLA类似，SLS使用激光。和SLA不同的是，SLS用的不是液态的光敏树脂，而是粉末。激光的能量让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接 在一起。（4） 3DP全称 ThreeDimensionalPrinting （三维打印）。这才是真正的3D打印！因为这种技术和平面打印非常相似，

4、 连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。典型的3DP打印机有两个箱体。如上图所示，左边为储粉缸，右边为成型缸。打印时，左边会上升一层（一般为0.1mm）,右边会下降一层， 滚粉辐把粉末从储粉缸带到成型缸，铺上厚度为3.1.3SLA原理图3.1.4SLS原理图0.1mm的粉末。打印机头根据电脑数据把液体打印到粉末上。（5） 打印机的Y轴是纸在动，而3DP的Y轴是打印头在 动）液体要么是粘合剂要么是水 （用于激活粉末中粉状粘合剂）。3.2泰锐泰锐3D打印机组成结构和各部分的作用打印机组成结构和各部分的作用3D打印机的主要组成结构分为以下几个部 分，每部分作用如下

5、：（1）加热挤出头加热挤出头由步进电机， 加热棒，温度传感器组成。其中，步进电机转动带动PLA线实现加料，加热棒负责给PLS材料加热使其融化为均匀的液体从尖端流出形成打印，温度传感器负责检测加热头的温度动态调节加热棒的工作状态。3.1.53DP原理图（2） X,Y,Z轴向电机、导轨及载物平台如下图所示，通过步进电机的转动控制载物平台在Y方向上移动，加热挤出头在X方向和Z方向上的移动，实现三维打印。（3）电源以及电路控制系统电源的作用是将家用交流电经过 转换后为电路控制系统，各步进电机、加热棒等各种器件提供对 应电压源的。因输入为220V电源，故在安装过过程中应注意接线安全， 确认接线无误后再接

6、通电源即可以保证我们自身的安全也能保 证点电路控制系统的安全。电路控制系统如下图所示，主要负责接收和解析电脑软件3.2.1加热挤出头3.2.2电机导轨和载物平台生成的加工代码，控 制相应的器件工作完成打印。3.3打印材料打印材料打印所使用的材料有PLA与ABS两种，其材料特性分别为：聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用 十分广泛。相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用 具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。A

7、BS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将 PS, SAN, BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡 的优良力学性能。ABS是丙烯睛、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯睛，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味， 兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧 后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。3.2.3主控制板连线图打印 ABS材料与打印PLA聚乳酸区 别:1.打印PLA畤气味为棉花糖气味，不像ABS那样刺鼻子的不 良气味2.PLA可以在没有加热床情况下打印大型零件模型而边 角不会翘起。3.PLA

8、加工温度是 200C, ABS在220c以上4.PLA具有较 低的收缩率，即使打印较大尺寸的模型时也表现良好5.PLA具有较低的熔体强度，打印模型更容易塑形，表面光泽性优异，色彩 艳丽6.PLA是晶体，ABS是一种非晶体。当你加热ABS时，会慢慢转换凝胶液体，不经过状态改变。PLA像冰冻的水一样，直接从固体到液体。因为没有相变，ABS不吸喷嘴的热能。部分PLA ,使喷嘴堵塞的风险更大。本实验所选用的材料为 PLA o四、实验过程四、实验过程 4.13D打印流程如下框图所示： 打印流程如下框图所示：（1）由计算机采用3D画图软件创建一 个3D图形，比如 SolidWorks, Autodesk3

9、D设计软件建模-STL 格式3D打印软件Repetierhost文件格式转换 STL-G代码打印- 打印机执行 3.3.1PLA线匝4.1.13D打印流程图Inventor或者 Pro/ENGINEER等软件；（2） 3D模型文件以STL标准格式导出， 其他可以的格式包括： WRL格式，PLY格式，3DS格式还有ZPR 格式（这些导出来的文件是网格状的，面是一系列三角块拼接而成的，网格必须 填充”处理，才能够成为一个实心模型）；（3） 根据需要调整要打印模型的大小和层厚度精度等；（4）通过打印机编译软件（Slice3r）对STL格式的文件进行分层，生成打印路径， 转换为G代码文件-打印机可识别

10、的数控加工文件格式；（5）准备好3D打印机，包括材料、电源、支撑等，点击 3D打印。4.2 文件格式转换文件格式转换（1） STL文件：描述3D图 像的文件，根据编辑软件的不同有许多不同格式，3D打印机的通 用 图 形 文 件 格 式 是 STL :Industrystandardatforstereo-Lithography, STL 是用三角网格来表 现3D的CAD模型，输出STL文件的参数选择会影响打印质量 情况，比如在CAD软件中，当您输出STL格式文件时，需要设 定的参数名称，如弦高(chordheight)、误差(deviation)、角度公差 (angletolerance)等；

11、很多常用的3D编辑软件都可以以 STL格式 文件输出，比如： Autocad,Solidwork 等(2) Slice3r 软件： G-codegeneratorfor3DprintersSlic3r 是用于将 3D 图形转换为打印 机可执行指令的工具，它在Z方向将立体图分切成片状， 产生填 充的加工路径，并计算使用的材料。Slic3r与最重要的几个 3D 打印软件捆绑： Pronterface,Repetier-Host,ReplicatorG;并且被世界上最著名的 3D 打印机生产商所支持。4.3 打印过程打印过程1、点击 载入”按钮，在弹出的对话框 中选择需要打印的模型 STL文件；2、

12、调整模型的位置和放缩比 例后点击 开始生成代码Slic3r后，软件会自动计算并生成加工 代码；3、点击 运行任务”按钮即可开始3D打印之旅，如下图所 示：4、开始打印底层：4.3.1模型载入4.3.2打印第一层5、逐层 打印：6、打印完成，整个打印过程持续五小时： 7、其它作品展 示：4.3.3打印第N层4.3.4打印完成4.3.5其它作品展示五、问 题分析五、问题分析1、有没有可能用不同的结构实现与实验中 装调的3d打印机相同的功能？答：实现三维定点方式有很多， 如下图所示还可以通过三个不同的Z轴方向移动的电机来控制实现三维定点，该结构称为并联臂 3D打印机，优点是打印速度 更快，缺点是Z方

13、向上打印高度受到限制：2、你认为实验装调 的3d打印机精度如何？在打印不同类型的表面（如水平面、垂 直面、曲面、与水平面夹角较大的斜面、近似水平面的斜面）精 度如何？为什么会有不同表现？误差是那些环节中引入的、与那些因素有关？如何减少误差？答：3d打印机精度不是很高，在打印的成品中明显可以看见很多粗细不均匀的部分；在水平面和垂直面的精度明显要高于倾斜面和曲面；误差在组装机器的过程中导轨不平行导致摩擦过大会引起误差，载物平台不水平会引起误差，挤出头距离载物平台距离太大也会引起误差，针对上述产生误差的原因我们可以通过尽量调节导轨平行，调节载物平台水平，调节挤出头和载物平台距离刚好为1张纸的厚度等措

14、施来减少误差。3、点击开始打印之后发现加热头不出料或者出料极慢？答： 加热头不出料的原因可能有以下几种：5.13D打印机1）电机反转。电机反转会导致PLA材料像相反的方向运动，只需参考问题 1的的方法改变对应电机的接线顺序即可； 2）加料电机的齿轮 没有和轴承固定紧。若电机轴承和齿轮没有固定紧，则电机无法转动带动齿轮加 料，此时需要拆下加料电机拧紧电机和齿轮之间负责固定作用的 螺丝，确定拧紧之后安装好即可； 3）加热头没有装好。加热头要用螺丝固定在加料器的铝块上，否则容易脱落，无 法给PLA材料加热，导致无法出料；六、实验总结六、实验总 结历经这次实验，我们可以看到 3D打印在加工效率和精度上和 传统的模具加工还有着巨大的差距。随着科技的进步3D打印的精度应该能够提高到可以媲美传 统加工方式甚至超越传统的加工方式，但是很明显可以看出效率问题是受3D打印的原理制约的，永远都无法和传统的模具加工 相比，所以可以预见3D打印要完全取代传统的加工方式是不可 能的事情。但是3D打印的优势是：一方面，能够加工一些一般模具无 法加工的零件，所以能够填补一些高端领域复杂零件制造的一些 空白，占领一定的市场；另一方面，在低