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            3D智造網 3D打印服務 3D打印技術 查看內容

            基于 3D打印技術的實驗教學

            2016-7-7 16:52| 發布者: admin| 查看: 856| 評論: 0

            摘要:   3D 打印設備及工藝   1 設備選擇實驗室引進的是 3D Systems 生產的 Cube X3D 打印機,圖 1 ( a) 所 示 為 其 外 形 圖; 1 ( b) 所 示 的 為Cube X3D 打印機內外部結構圖。Cube X3D 打印機有 3個噴嘴,它可以在 ...
              3D 打印設備及工藝

               1 設備選擇實驗室引進的是 3D Systems 生產的 Cube X3D 打印機,圖 1 ( a) 所 示 為 其 外 形 圖; 1 ( b) 所 示 的 為Cube X3D 打印機內外部結構圖。Cube X3D 打印機有 3個噴嘴,它可以在 18 種顏色中自由選擇 3 種顏色同時進行打印; 打印材料有 PLA 和 ABS,可以根據所需要的打印模型的性能來進行選擇相應的材料。打印的模型最大可達到 275 mm × 265 mm × 240 mm。該設備設計簡單,使用方便,只需要在顯示面板上按幾個按鍵就能快速地打印模型,因此非常適合學生的實踐操作訓練。

              而且和其他 3D 打印系統相比之下,成本比較低,經濟實用,是很好的實驗教學設備。1. 2 3D 打印機的工藝過程及原理快速成型的工藝方法已有幾十種之多,其中主要工藝有 4 種基本類型: 光固化成型法、分層實體制造法、選 擇 性 激 光 燒 結 法 和 熔 融 沉 積 制 造 法[9]。Cube X3D 打印機采用的 工 藝 為 熔 融 沉 積 制 造 法,3D打印時首先需要對零件的三維 CAD 模型按照一定的厚度進行分層切片處理,生成控制 3D 打印機噴頭移動軌跡的二維幾何信息。噴頭在計算機的控制信息作用下,進行零件堆砌所需的運動,送絲機構把絲狀材料送進熱熔噴頭,加熱頭把熱熔性材料( ABS、PLA 等) 加熱至一定溫度成熔化狀態時,同時,噴頭擠壓出成型材料,成型材料很快沉積固化為精確的零件薄層。通過升降系統下降來完成接下來的新薄層,這一過程反復進行,層層堆積,緊密黏合,自下而上逐漸形成一個完當 3D 模型輸入到電腦中以后,需要通過打印機配備的專業軟件 Cubex 來進一步處理,即將模型切分成一層層的薄片,每個薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機的規格決定。

              Cube X3D 打印機的配套軟件可設置的分層層厚有 0. 1 mm、0. 25 mm、0. 5 mm。對零件三維模型進行分層處理是 3D 打印技術的一個很重要的環節,無論是通過 CAD 造型還是通過逆向建模軟件生成,都必須經過分層處理,才能將成型數據輸入到3D 打印機中。( 3) 成型。3D 打印機的零件造型過程包括兩個方面: 支撐的制作和零件實體制作。在打印的區域內,噴頭沿著由 Cubex 軟件計算出的精確路徑,擠出液態的模型和支撐材料,零件一層一層由下到上成型。( 4) 后期處理。3D 打印技術的后處理包括: 去除支撐材料和對部分有精度要求的表面的處理,使原型零件達到精度的要求。2 3D 打印教學實驗在實驗教學中,主 要 的 實 驗 內 容 是: 熟 悉 應用Cube X 軟件及 3D 打印機的操作面板—掌握 3D 打印機的操作步驟( 開機、裝材料、面板操作、機器維護等)—導入設計模型文件—處理 STL 文件—參數設置—打印完成自己設計的零件。


              其中導入的設計模型文件可以由學生自主進行設計,既可以來源于學生的創意構思,也可以是通過對已有實體模型進行掃描后,再設計后得到的模型[13]。我們以本實驗中的 Cube X3D 打印機的配套軟件Cube X 操作為例,其具體的操作步驟如下:( 1) 打開 Cube X 軟件。( 2) 單擊 ,把事先處理好的模型導入到軟件中,如圖 3 所示。3 結 語基于 3D 打印技術實驗教學的開展將讓學生受益匪淺,主要表現在以下幾個方面:( 1) 加深學生對先進數字化技術的認識。3D 打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識,具有很高的科技含量[14-15]。通過開展 3D 打印技術的實驗教學,可使學生接觸到三維 CAD 技術、逆向工程技術、熔融沉積制造技術等先進設計和制造技術,同時讓學生了解行業前沿技術的發展和應用、對產品的設計、加工制作過程有更全面的認識,從而拓寬學生的視野,提高學生的學習興趣。( 2) 提高學生的工程實踐能力。通過實驗教學,讓學生的設計方案轉化成現實的實物,理論與實踐相結合,使設計理念和原型制作融會貫通。

              學生通過完成一個零件的設計制作,并對過程中遇到的模型的設計、工藝參數的優化等問題的討論解決,不但有助于提高其動手能力和 DIY 興趣,還對產品設計和開發、產品研制過程有了直觀地了解。( 3) 培養學生的創新設計意識和能力。3D 打印實驗結合 CAD 造型、逆向工程技術,形成開放式的創新設計訓練。實驗過程中,可充分發揮學生的想象整的三維零件實體。3D 打印的工藝原理如圖 2 所示和創造力,結合已有的感興趣實物模型,自主設計創意模型,并快速打印出實物模型,對設計構思進行驗證及改進。有助于激發學生的創新意識,為學生今后進一步參加機械創新設計大賽等學科競賽打下基礎。

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