计算机科学与技术2013大创项目

1、省高等学校大学生创新创业训练计划申请书学 校师范学院项 目 名 称基于熔融沉积成型技术的 3D 打印服务项 目 类 型 创新训练项目创业训练项目创业实践项目所属一级学科名称计算机科学与技术所属二级学科名称计算机应用技术 项 目申报日期 2013 年日省教育厅制二一三年五月项目名称基于熔融沉积成型技术的 3D 打印服务项目类型（）创新创业项目 （）创业训练项目 （）创业实践项目项目实施时间起始时间：2013 年 7 月完成时间：2014 年 7 月申请人或申请团队年级学校所在院系/专业主持人2011师 范学院计算机科学与技术学院/计算机科学与技术成员2011师 范学院计算机科学与技术学院/计算机

2、科学与技术liujingyu03022011师 范学院计算机科学与技术学院/计算机科学与技术897929321 .com2011师 范学院计算机科学与技术学院/计算机科学与技术2011师 范学院计算机科学与技术学院/计算机科学与技术603678629 .com指导教师付弦研究方向开源系统开发、工业设计与制造31行政职务/专业技术职务实验师主要成果付弦师范学院计算机科学与技术学院教师，多次指导学生参加 ACM 网络赛、I分站赛、与创业大赛、电子设计大赛、达内杯 IT 精英赛；多次指导学生参与本科生科研立项；2012 年所指导的学生参加设计与创业大赛获得一等奖一项，省一等奖一项、三等奖一项；201

3、3 年指导学生参加设计与创业大赛获得三等奖一项，省特等奖一项、二等奖一项、三等奖两项；主持省教育厅项目一项，参与两项，校级教研、科研项目三项，主持并完成横向项目三项，在国内外期刊上 学术 多篇，其中以第一作者被 EI 检索一篇，CSSCI 检索一篇，获批国家专利一项。一、项目实施的目的、意义1、项目实施的目的目前 3D 打印的应用主要在：（1）传统制造业中利用 3D 打印在成本、速度和精确度上可以保3D 打印（3D pr ing），即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或 等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D 打印通常是采用数字技术材料 来实现的。

4、3D 与普通 工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，3D内装有金属、陶瓷、 、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料， 与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D是可以“打印”出真实的 3D 物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“”是参照了普通的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。3D 打印的技术主要包括以下几种：光刻造型技术(SLA)：先由 把 3D 的数字模型，“切”成若干个平面，这就形成了很多个剖面，在工作的时候，有一个可以举升的 ，这个 周围有一个

5、液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射 的液体，紫外线激光会从底层做起， 最底层的，然后 下移， 下一层，如此往复，直到最终成型。其优点是精度高，可以表现准确的表面和平滑的效果，精度可以达到每层厚度 0.05 毫米到 0.15 毫米。缺点则为可以使用的材料有限，并且不能多色成型。熔融沉积成型技术：需要把 3D 的模型薄片化。就是把材料用高温熔化成液态，然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒，这些颗粒在喷出后立即 ，通过这些颗粒在 空间的排列组合形成实物。这种技术成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。选择性激光烧结(简称 SLS)：不同材料的粉末为原料，又称为选择性激光烧

6、结。SLS 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的 CO2 激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。2、项目实施的意义机来开一间个性化 3D 打印店进行创业实践训练。利用 3D 打印（1）3D 打印是真正意义上的制造业，是真正原有传统制造技术的创新性，同时在一轮大潮中也将带来“中国类现有的生活方式。随着生产力水平的，人们开始在集约生产带来的同质化消费之上追求更次的个性化、定制化。新、（3）作为一种产业，本校是

7、3D 打印在技术研发和市场应用等环节最好的突破点，同时在本校的大学生创新创业内对 3D求拉力，正处于产业的形成时期。这个时期需要试错，让（4）通过对网上交易量最大的 B2C 电子商务淘宝网进行市场，查找成交量可以看出，大学生周边产品中销量最好的就是保护壳、贴膜和挂饰这三类附件。对于大学生创业来说，这些还是有你半身浮雕机外壳，抑或是你拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过 3D 打印出来的，不用等到未来，现在就可以实现。产品有着投资成本小，收益高的特点。3D 配件、饰品打印是最广阔的一个市场，不管是你的个性笔筒，企业在技术、材料、工艺、商业模式等各个环节进行创新、创业、试错。证速度与效益的完

8、美结合。（2）在医疗行业中，3D 打印技术可为需要 移植的患者“量身打造”，所需10 的高分子材料。（3）在文物保护上，博物馆里常常会用很多复杂的境或意外事件的 同时品也能将艺术或4）在建筑设计行业中，工程师和设计师们已经逐渐开始使用 3D 打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。（5）在配件饰品行业中，3D 打印技术很好地满足了配件饰品消费者个性化多样化的需求，国内外已经有一些公司开始为消费者提供个性化 3D 打印服务。在本项目中，由于 是大学生进行创业，因此 选择了较为便宜的熔融沉积成型技术，而的项目目的是通过对熔融沉积成型技术

9、的研究开设 3D 打印服务店。首先可以让 在创业实践学习过程中了解 3D 打印的技术实现路线，同时也研究了三维建模技术对 3D 打印的影响，在三维建模中需要什么样的支撑结构和力学原理。在成功的完成 3D 打印以后同样可以利用这种高附加值的技术来进行创业，把掌握的高科技技术变成经济效益，变成为人们服务的基石，这才是科技 的理念。打印的商业运营模式也可以进行一定的实训。目前 3D 打印既有技术突破的内在推动，又有快速成型市场、定制化消费市场的外部需社交网络满足了人类在精神层面的个性化需求，而 3D 打印正是实现物质个性化的最佳解决方案制造”的升级。（2）从新经济角度，3D 打印的“制造+服务”模式

10、会改变人技术来进行训练有以下几点意义：在此背景下，决定利用基于熔融沉积成型技术的 3D 打印二、项目研究内容和拟解决的关键问题1、项目研究的内容（1）3D 设计过程3D 打印的设计过程是：先通过计算机建模建模，再将建成的 3D 模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导设计逐层打印。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。PLY 是一种通过扫描产生的 3D 文件的扫描器，其生成的 VRML 或者 WRL 文件经常被用作全彩打印的输入文件。（2）3D 打印过程3D通过文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的

11、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。这种技术的特点是在于几乎可以造出任何形状的物品。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，也有部分如 Objet Connex 系列还有三维 Systems ProJet 系列可以打印出 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 3D 打印的技术则可以将时间由传统方法需要的数小时到数天（根据模型的尺寸以及复杂程度而定）

12、缩短为数个小时，具体时间是由的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。3D 打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维（3）3D就可以满足本项目制造模型的需要。分辨率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），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的 3D打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即到表面光滑的“高分辨率”物品。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。2、拟解决的关键

13、问题（1）3D 建模目前 3D 建模比较流行的是使用 AutoCAD 和 SolidWork，先使用 AutoCAD 来设计出平面的图形，然后用 SoildWork对平面的图形进行三维建模，由于并不是画出来的图案都可以 3D 建模后制作出来，还要考虑力学和支撑结构，因此这部分的难点就是如何在支撑体系和结构允许的情况下完成3D 模型的建立，3D 建模后使用Replicat进行文件格式转换 ，使用开源的.stl 文件和G code文件。这些文件格式是 3D所支持的结构化语言。实际上使用 3D 打印设备可以打印任何可以 3D技术建模出来的东西，只是加工成本很高和加工时间较长。（2）3D 打印设备3D

14、是利用普通的原理，将打印机和计算机连接起来，把原料装入机身，通过计算机的控制，用打印头将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的蓝图变成实物。 3D在 90 年代中期就出现，在过去十年里，它已经被设计师、工程师以及科学家用来制造的各种产品以及模型。他们通过一层一层堆积的液体和粉末来生产物体。大型工业级别的 3D已经在工业、医疗、艺术等众多 领域被广泛的使用着。这些 3D大都价格好者设计的 3D 产品在近两年才逐渐走入大众的视野。 通过进一步 国产 3D 的市场，发现精度要求不高面向小企业和个人用户定制的桌面式 3D 价格还是可以满足 的创业要求 机背壳和小饰品一般来说不需要那么高精度的 打印质量

15、，而且价格稍低的让 的产品定价更加有竞争力。通过走访 6.1 英寸，三围尺寸是 163.585.79.9mm。最终通过筛选，选定了一款闪铸科技的创造者Creator 双喷头 3D，出厂价格为 5199 元，可以打印的最大尺寸为：225145150mm，完全可以满足的要求。它有两个独立喷头， 一个喷头负责打印本体，另外一个负责打印支撑结构。打印的速度为 24cm3/小时，由于壳为空腔结构，所以最多只需要六十分钟就可以完成一个保护壳的打印。如果是小饰品则需要的时间这款 3D所用的打印耗材有ABS 和PLA。ABS 是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它是 丙烯腈、和苯乙烯的三元共聚物，将 PB，P

16、AN，PS 的各种性能有机地起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。而经过比较，选择使用更为环保的 PLA 作为 的打印耗材。PLA 是生物降解聚乳酸的英文简写，全写为：polylactic acid，聚乳酸也称为聚丙交酯(polylactide)，属于聚酯 。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生,主要以料、 和非织造物等，目前主要用于服装( 、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸的热稳定性好，加工温度 170230，有好

17、的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材稍长。（3）原材料的选择昂贵，打印成本也很高。由于价格、技术等等原因，小巧的为个人设计师、工程师或机械爱三、项目研究与实施的基础条件四、项目实施方案本项目具体实施方案分为技术实现部分和创业实践部分。本项目的技术实现部分是利用熔融沉积成型技术来进行 3D 建模并打印的，通俗的说就是用计算机设计出三维模型，再通过对三维模型分区进行逐层切片处理；然后采用数控成型技术利用高温热熔的方式将材质

18、的耗材熔化成液态，最后通过喷嘴挤压出一个一个的球状颗粒，这些颗粒喷出后在空气中迅速降温并，后的颗粒在空间中的排列组合，最终形成三维实体。这种技术成型精度高、实物强度大，利用多个喷嘴内的不同颜色耗材可以直接彩色成型，相对于其他技术有着打印成本低，周期短，不用上色；打完就可以直接使用等优点。利用 3D 打印技术可以打印出很多传统制造技术无法实现的复杂结构，并且所有一次净型成形，大大减小了后期的辅助加工量，使得单件试制、小批量生产的周期和成本降低，特别符合对于定制保护壳和小饰品的需求。本项目的指导老师为付弦老师，有丰富的带领学生参与项目的经验，付弦老师所带领的学生团队的创新创业项目曾获得国家级 两项

19、，省级 六项，付弦老师所指导的 2010 级的团队获得 2012年度国家级大学生创新创业计划的支持。付弦老师的团队已有多项研究成果已经 在国内外上。付弦老师长期从事三维数学建模设计以及新工艺制造技术的研究，对于 3D 打印有着很深入的了解和充足的技术储备。本项目的参与同学皆为计科院 1101 班的同学，其中三人为班 ，两人为预备党员，学习成绩皆为班上前 30%，有丰富的专业知识积累，专业能力已经达到可以胜任本项目的要求。本项目参与同学还有三人同时在学院学生会任职，对于团队合作和人际交往比较擅长，有很好的沟通能力和实践经验，可以顺利的完成本项目创业部分的市场 以及 任务。本项目参与同学在计算机科

20、学与技术学院 “先进制造与工艺 （筹）”进行工程实训，该面积 66.6m2，内有校园网的有线以及无线接入，环境良好。 内有大量制造工具和测量绘制工具，有六张工作台（桌），并有服务器一台，计算机两台，3D 一台，Linux 开发套件四套，硬件设备已达到本项目开展的基本要求。本项目所使用的 有AutoCAD 2010 、 SolidWork 2010、Replicat 2.4.5、MakerWare、 SketchUp 8 pro 等，这些 的教育版和学生版在 内的计算机上都有安装， 可以 进行三维建模的技术的练习。师范学院计算机科学与技术学院有着良好的横向项目机制，可供大学生创业的资源高度密集，

21、创业环境也十分友好，是 3D 打印这种 产业最好的孕育地，更是 通过 3D 打印打造新兴产业的最佳载体。而小饰品和 保护壳作为在大学生人群中拥有商品种类和数量最多的产品，也是国内工业产品高度多样化的代表，也是消费者对个性化产品需求的直接体现。3D 打印在本 的具体应用是模具快速成型和小样个性化制造，除了满足 个性化小饰品和 保护壳的需求外，还能够大幅节省学校内其他 和 关于产品研发的时间和 成本，从研发环节大幅 对传统制造业的竞争力。所使用的相关有 AutoCAD 来进行平面制图，SoildWork 用于设计并制作三维的实体模型，MakerWare 用于控制 3D 上色及打印。的工作流程是，接

22、到订单先对顾客进行，按照顾客的意愿设计出相应机保护壳，3D打印完成后就直接交到顾客手中。选用的 3D 打本项目在创业实践部分会利用开在学校内的优势，在学生族群中进行。第一，除了实体以外，同时还在淘宝上开店进行线上服务，由于 3D 打印和个性化图案的设计所需要的时间较长，也鼓励线下用户利用淘宝、和来预约设计和加工服务。同时在接受到线上和订单后，会根据订单来合理安排服务流程，充分利用 3D 和其他设备的工供校园内的服务，可以增加了淘宝店新开阶段的人气和信用积累，也可以提高用户对服第二，由于不是美术设计相关专业的，内聘请了两名美术专业的同学来帮忙设计图案，虽然现在已经搜集并制作了超过 600 个不同

23、样式的图案文件，但是图案数量和质量还远远不能满足所有潜在客户的需求。因此会通过淘宝、和上广泛和收集素材；同时还会在上发起每周一次“最有个性机保护壳”评选，鼓励有相关设计方案和美术才能的用户自己设计并上传作品。对票选前三名的作品免费制作一份其作品寄送给设计者。这样在创业初期就可以快速的收集一些流行机型号的尺寸和受到大众喜爱的图案，同时通过的票选和转发也可以快速的增们的知名度。第三，在校内，本魔法屋会联系学校和各学院学生会，免费为学校团委和学生会举办的各种活动提供奖品，可以让同学知道这种新技术的应用。同时学校多的用户使用的产品，本三维魔法屋的知名度也就越大。由于学校市场容量有限，本校只有两万余名同

24、学，等到学生族群的尝鲜期过了以后，须寻找新的稳定利润增长点，但中心城区人流量较大地方的房屋太贵，虽然销量也会相应提高，但是不利于保持的利润。于是大家想让三维魔法屋起来。经过详细测量尺寸，选定了国产五座的五菱荣光 1.2L 加长版面包车，它的后门可滑动打开，开口较大。对其将拆除后座进行改装，加印机。为车内空间和发供电总功率都有限，在车内使用笔记本来进行编辑和控制操作。本人像打印、纪念品制作等其他业务。平时开着这辆改装过的三维魔法屋到各个学校附近固定地点招揽生意，周末则开到市中心广场附近人流量大的地方进行营业，而三维魔法屋的详细行是否在附近。的方案中所有产品和耗材都是选用国产品牌，除了汽车尾气，所

25、有的耗材都是绿色环保无污染的。在的和淘宝上，大家也可以通过公众的服务来看看项目属于高附加值的服务项目，除了设计制作 3D 小饰品、配件外，也可以承接户外 Logo、标牌印字、上电源逆变器等供电设备和线路，对车的外表面进行贴纸美化，在车厢内同时装下便携尺寸的 3D 打务的体验效果。作尺寸，在空闲时段同时对多个不同工件进行加工，以减少顾客的等待时间。加工完成后，小店可提印耗材是聚乳酸，简称 PLA，聚乳酸是一种玉米、木薯为原料，生产过程无污染，产品可以生物降解以循环利用的环保材料。五、学校可以提供的条件的学弟学妹们都参与学习的 3D 打印技术。希望得到教务处的支持，批准的特长学分的申请，六、预期成果1、在项目前期完成校内相关2、完成目标客户的需求分析的一份，作为创业实践的选题依据。一份，对细分市场进行可行性分析并得出相关结论。3、在本学院建立“先进制造与工艺4、开设一个 3D 打印服务店，依据前期的”，发动进入并学习相关的理论和实践知识。和需求分析对目标市场的客户进行相关服务。5、制作本项目前期技术可实现的实体模型，如 3D 打印的小饰品、配件、保护壳。6、在务。相