房彥龍

（武漢市洪山高級(jí)中學(xué)，湖北 武漢 430070）

3D打印是新產(chǎn)業(yè)革命背景下的標(biāo)志性技術(shù)之一，未來將會(huì)對(duì)人類生產(chǎn)制造方式、生活消費(fèi)方式、組織管理方式產(chǎn)生深刻影響。3D打印設(shè)備自下而上地制造出每一層“薄片”，最后疊加成形出三維的實(shí)體零件。這種制造技術(shù)無需傳統(tǒng)的刀具或模具，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以或無法加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，并且可以有效簡化生產(chǎn)工序，縮短制造周期。本文對(duì)（ET-C1）3D打印機(jī)的送線裝置進(jìn)行了分析、總結(jié)。研究了送線時(shí)總卡線的問題，通過設(shè)計(jì)一種裝置，解決送線時(shí)的卡線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送線、無人打印。

1 3D打印工作原理

3D打印技術(shù)，又稱增材制造技術(shù)，是基于原料噴射成型原理的快速成型技術(shù)。它的基本思路是利用計(jì)算機(jī)軟件將構(gòu)建完成的三維數(shù)字模型切割成一系列微小單元，再利用3D打印機(jī)把材料按指定路徑添加到未完成的制件上，用聚合、黏結(jié)、熔結(jié)、燒結(jié)等物理、化學(xué)手段，逐層或逐點(diǎn)將材料固化在一起，形成三維的實(shí)體模型。

2 存在問題

（ET-C1）3D打印機(jī)在工作時(shí)，由于機(jī)器外觀尺寸為長方體，兩個(gè)線材料盤以水平方向安裝在后面，這樣在打印大尺寸模型時(shí)，線料經(jīng)常出現(xiàn)兩種不同狀態(tài)被打印機(jī)卡住，造成打印中斷，模型報(bào)廢，線材浪費(fèi)較嚴(yán)重，工作時(shí)，需要有人一直不斷拉線，防止端部卡線，但是，大尺寸工件打印耗時(shí)比較長，有的連斷打印幾天，人員消耗太大。另外在打印過程中，容易發(fā)生偏移，嚴(yán)重影響打印精度。

3 原因分析

該3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)制造是在線材料盤到噴嘴處不同任何改變裝置來控制線材的運(yùn)動(dòng)，大部分上線都是由線盤直接出線連接到L形線架上進(jìn)行打印，容易發(fā)生卡線現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)查研究，卡死、斷線的發(fā)生總是容易發(fā)生在線盤出線處和L形線架之間這段距離。兩個(gè)線材料盤以水平方向安裝，出線盤附近出來的線不是垂直向上的，而是傾斜的，從而容易出現(xiàn)纏繞線盤的現(xiàn)象。

經(jīng)分析該打印機(jī)工作過程中有以下幾個(gè)難點(diǎn)。

3.1 出線方向的控制

在打印機(jī)工作過程中，沒有現(xiàn)成的樣品可以借鑒，需要設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)線的支架。把線盤出來的線向上引出，從而解決出線傾斜的現(xiàn)象。

3.2 出線端與進(jìn)線端的距離控制

出線端與進(jìn)線端的距離太長容易發(fā)生纏繞打結(jié)現(xiàn)象，距離太短打印線繃得太緊，線容易斷，易造成廢品。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，選取了合適的距離，從而解決了這個(gè)難點(diǎn)。

3.3 L形線架的改進(jìn)加工

L形線架出容易發(fā)生斷線問題。此難點(diǎn)通過增加一個(gè)接頭，改進(jìn)L形線架，把接頭與線架連接，從而達(dá)到進(jìn)線順暢的目的。通過試加工，很好地解決了此處的問題。

3.4 殼體螺孔有30個(gè)，嚴(yán)重影響打印零件的尺寸精度

螺孔因?yàn)橛信浜祥g隙的原因，而這些螺紋連接控制了水平和垂直方向的尺寸，從而嚴(yán)重影響了打印零件的尺寸精度，急需對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。解決此種問題的方案應(yīng)節(jié)約材料成本，減少浪費(fèi)，縮短人員看特管時(shí)間。通過對(duì)3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析、總結(jié)，對(duì)送線時(shí)總卡線和打印尺寸偏差大的問題原因進(jìn)行了改進(jìn)。增加了送線裝置，從而節(jié)約了大量成本。通過設(shè)計(jì)一種裝置，解決送線時(shí)的卡線問題，實(shí)現(xiàn)無人看管打印和提高了打印精度。

4 改進(jìn)措施

4.1 出線方向問題分析及改進(jìn)思路

在打印過程中，線盤本身的重量約為2 kg，打印線直徑為2 mm。打印線是可溶性的，硬度較硬。拉取時(shí)由于方向不一致，容易發(fā)生打結(jié)、纏繞問題。通過分析研究，設(shè)計(jì)一個(gè)支架，如圖1所示，使出線方向一致、打印線沿線盤的切線方向出線，這樣線就不會(huì)串繞了。

經(jīng)過計(jì)算測量，支架伸出長度為44 mm，把打印線引出后剛好在支架正下方，解決了出線不傾斜的問題?？紤]到成本和殼體剛性及打印精度的問題，支架直接用3D打印機(jī)打印出來，采用膠水固定在打印機(jī)外殼與懸掛線盤上方。

4.2 進(jìn)線接頭

在支架上面安裝M6的進(jìn)線接頭，接頭內(nèi)孔為3 mm。接頭上方可以安裝進(jìn)線管，安裝后樣件如圖1所示。

圖1 支架簡圖

4.3 線管的加裝

沒有安裝線管時(shí)，在出線端、進(jìn)線端之間大約有350 cm的距離。這之間打印線是裸露的，打印時(shí)線容易打彎、容易纏繞電機(jī)上面，加裝線管很好地避免了這個(gè)問題。線管長度為350～400 cm。

4.4 L形線架改進(jìn)

沒有改進(jìn)之前，進(jìn)線端不固定，容易擺動(dòng)，造成斷線。通過改進(jìn)，把L形線架原先的φ3的孔改成M6的螺紋孔，加裝一個(gè)接頭。

4.5 螺紋連接的固定

螺紋連接一般有一定的配合間隙，由于聯(lián)接的工作條件不可避免地存在沖擊、振動(dòng)、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間的摩擦力會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)消失或減??；同時(shí)在高溫或溫度變化比較大的場合，材料會(huì)發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，也會(huì)使摩擦力減小，在多次作用下，造成聯(lián)接的逐漸松脫，這些都會(huì)使打印零件時(shí)零件尺寸發(fā)生改變，用厭氧膠預(yù)先涂在螺釘上，螺釘擰入旋緊，即可達(dá)到預(yù)期的防松緊固效果。

5 實(shí)施效果

3D打印發(fā)展前景十分廣闊。有專家預(yù)測，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與成熟，未來，從簡單的食品到飛機(jī)大炮再到宇宙飛船，都可用3D打印機(jī)直接或間接“制造”出來。大力發(fā)展3D打印技術(shù)，有助于推動(dòng)我國的科技進(jìn)步，并將為我國實(shí)現(xiàn)“綠色制造”、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮建設(shè)性的作用。3D打印是蘊(yùn)含“設(shè)計(jì)思維”的個(gè)性化創(chuàng)造工具，可以塑造可重用的多態(tài)教育對(duì)象，打造虛實(shí)結(jié)合的教育應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。自通過技術(shù)改進(jìn)使用以來沒有出現(xiàn)次品、廢品，提高了打印精度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。