杜世法

在“中國制造2025”大背景下，知識在迅猛增長，智能制造、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、3D打印技術(shù)都在迅猛發(fā)展。

一、課題研究的意義

通過對買教具和研發(fā)教具在價格、作用、性價比上進行分析，筆者認(rèn)為設(shè)計、自制3D打印機具有深層意義。

基于教學(xué)人才培養(yǎng)、設(shè)備需求、專業(yè)發(fā)展方向以及系部整體向智能制造、高端制造轉(zhuǎn)型的需要，3D打印機的設(shè)計與制造恰恰成為解決上述問題的關(guān)鍵點。

以下通過分析3D打印機的設(shè)計與制造對學(xué)生理實一體化培養(yǎng)的意義，完成3D打印機的設(shè)計與制造。

二、3D打印機的設(shè)計與制造的意義

在“中國制造2025”的大背景下，在全國智能制造的引領(lǐng)下，通過理實一體化教學(xué)，讓學(xué)生完成3D打印機的設(shè)計與制造。

3D打印機又稱三維打印機，是一種累積制造技術(shù)即快速成形技術(shù)的一種機器，它是以數(shù)字建模為基礎(chǔ)，運用塑料、特殊蠟材或粉末狀金屬等具有可黏合性的材料，通過打印技術(shù)使材料一層層粘合起來制造三維物體的加工設(shè)備。

3D打印技術(shù)已經(jīng)初步具有成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得較廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是個性化消費品產(chǎn)業(yè)。

1.價格

雖然現(xiàn)在市場上3D打印機的價位各有千秋，但實用又兼顧學(xué)生實訓(xùn)需求的設(shè)備還是價格不菲?，F(xiàn)在可以根據(jù)3D打印機的工作原理、工作結(jié)構(gòu)和特點，由機械設(shè)計與制造專業(yè)和電氣專業(yè)的學(xué)生來完成3D打印機的制造。

2.自制3D打印機的作用

自制3D打印機可以滿足系部專業(yè)發(fā)展的要求，是系部專業(yè)整體向智能制造、高端制造華麗轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵點；滿足教學(xué)和教學(xué)設(shè)備所需，帶領(lǐng)學(xué)生向智能制造的領(lǐng)域進行探索；同時為學(xué)生提供真實實訓(xùn)項目，滿足學(xué)生實訓(xùn)的要求。

三、3D打印機的設(shè)計與制造

1.3D打印機的結(jié)構(gòu)

（1）基本結(jié)構(gòu)有三角形的、矩形盒狀、矩形支架狀。

（2）DIY打印機的難度需要在精度和組裝難度之間衡量。有的機子要求精度高，打印效果好，但是價位和組裝都是學(xué)校難以做到的。有的結(jié)構(gòu)簡單，打印效果也不錯，但是其對零部件裝調(diào)需要較豐富的經(jīng)驗。因此，我們要找到適合的結(jié)構(gòu)。

2.3D打印機的設(shè)計

在理實一體化模式下，教師對學(xué)生進行指導(dǎo)，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)基本知識點和技能點的前提下，進行創(chuàng)新設(shè)計和制造。

3D打印機的設(shè)計包括以下幾部分。

（1）總體設(shè)計。在總體設(shè)計中包括系統(tǒng)概述，對整體工作性能進行分析；系統(tǒng)框架設(shè)計，輸入設(shè)備、存儲外設(shè)、上位機、溫度傳感器的測量值—單片機分析—溫度控制回路、XYZ各方向電機控制、噴出量控制、顯示設(shè)備。

（2）打印耗材的選用。為了實現(xiàn)3 D打印機的功能，所選材料也很重要。既要有較低的熔點，也要有較好的黏滯性，同時需要快速成型。綜合考慮，筆者最終選擇了P L AA /B S耗材。

（3）XYZ三方向控制電機的設(shè)計；噴頭移動及噴出量調(diào)節(jié)的設(shè)計，包括噴頭系統(tǒng)的功能要求、噴頭實現(xiàn)方法設(shè)計；機械結(jié)構(gòu)，包括傳動方式的選擇；轉(zhuǎn)動慣量的計算；噴頭的選擇；電機的選擇，包括伺服電機與步進電機的取舍、交流直流伺服電機對比；負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算；打印速度的初步估計。

（4）傳感器的選用與設(shè)計。溫度傳感器的接觸式特別適合1200℃以下、熱容大、無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫，并且接觸式測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維護方便、價格低廉，可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng)。

3.3D打印機的制造

測試、安裝中所需的工具有一字旋具、壓線鉗、剝線鉗、鑷子、電烙鐵、尖嘴鉗、片口、高溫膠帶等。

所需要的配件有：3D打印機主控件，12V /200W開關(guān)電源，100k ntc熱敏電阻2個，兩相四線步進電機1個，限位開關(guān)1個，12V加熱管，12V風(fēng)扇，12V加熱床PCB板。

四、小結(jié)

基于“中國制造2025”，鑒于專業(yè)發(fā)展需要和教學(xué)需求、學(xué)生理實一體化教學(xué)及實訓(xùn)實操的要求，迫切需要在3D打印技術(shù)方面對學(xué)生進行培養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)、實踐3D打印機的設(shè)計與制造。

（作者單位：渤海船舶職業(yè)學(xué)院）