創(chuàng)新實踐中拼裝3D打印機應(yīng)用研究

邵天駿 郎慶陽 蘭元一 潘銳 馮海洋 韓華琦

摘?要：對創(chuàng)新實踐活動中拼裝3D打印機的應(yīng)用進行了研究和分析，通過對比，介紹了拼裝3D打印機的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。對拼裝3D打印機的過程方法和注意事項進行了說明，并分析了拼裝3D打印機常見的問題。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實踐;3D打印機;拼裝

1 概述

創(chuàng)新實踐活動是應(yīng)用型本科大學(xué)教學(xué)實踐中培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力的有效手段，能較好地培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、組織規(guī)劃、交流合作、實際操作等能力。在創(chuàng)新實踐活動中，必要的加工設(shè)備和手段是必須的，常見的有3D打印、激光切割、數(shù)控加工等，其中，3D打印技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用最為廣泛。

目前3D打印技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，各式各樣的3D打印機也越來越經(jīng)常進入大眾的視野。目前3D打印的常見工藝技術(shù)有SLA、SLS、FDM、3DP、LOM、LSF等，其中FDM原理的3D打印機最為普及，其成型精度較高，一般不低于0.2mm，可基本滿足大多數(shù)的創(chuàng)新與創(chuàng)意設(shè)計，有豐富的打印材料，成型實物強度較高，價格較為低廉，能夠為廣大使用者接受。

創(chuàng)新實踐活動中，成品3D打印機使用廣泛，但也存在一定問題：（1）設(shè)備價格較高，不適合于個人購買，對團隊或?qū)嶒炇业慕?jīng)費產(chǎn)生較大壓力;（2）在學(xué)校實驗室中，成品3D打印機一般均登記為固定資產(chǎn)，管理較為嚴格，學(xué)生使用中約束較多;（3）維護維修成本較高，成品3D打印機雖然比較穩(wěn)定，但也會出現(xiàn)故障，其售后服務(wù)和配件價格都比較高，學(xué)生使用設(shè)備過程中，由于經(jīng)驗、態(tài)度、習(xí)慣等問題，出現(xiàn)故障的頻率還是較高的，就產(chǎn)生了比較高的維護維修成本;（4）成品3D打印機由于都是調(diào)試好使用的，甚至有些是傻瓜式操作，學(xué)生只是拿來使用，對設(shè)備結(jié)構(gòu)、3D打印原理都沒有直觀的認識，對3D打印技術(shù)也會出現(xiàn)片面的認知。

2 拼裝3D打印機的特點與應(yīng)用

自制拼裝3D打印機在學(xué)生創(chuàng)新活動中具有明顯的特點。

首先，拼裝3D打印機具有很高的成本優(yōu)勢，加工制作難度較低。DIY打印機套件幾百元到幾千元不等，軟硬件資源豐富，且多為開源可以在市場和網(wǎng)上購買、下載。

其次，拼裝3D打印機可以極大地鍛煉學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)造能力。在普通教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生動手實踐機會比較少，采用傳統(tǒng)的實踐項目，學(xué)生的興趣也不是很大。而采用3D打印機的拼裝活動，可以很大程度上調(diào)動學(xué)生積極性，既可以滿足專業(yè)知識學(xué)習(xí)的需要，也符合拼裝之后馬上就可以看到效果的心理預(yù)期。

再次，拼裝3D打印機是創(chuàng)新實踐設(shè)備的有力補充。成品3D打印機價格較高，一般創(chuàng)新實驗室或是實訓(xùn)場所，所擁有的3D打印機數(shù)量有限，特別是涉及到資產(chǎn)管理等方面問題的時候，并不能很好滿足學(xué)生創(chuàng)新實踐需要。而拼裝3D打印機價格實惠，可以有效補充3D打印機的數(shù)量，并且可以在精度上滿足使用要求。

自制拼裝3D打印機在學(xué)生實踐活動中主要可以應(yīng)用在兩個方面。

一是作為學(xué)生創(chuàng)新實踐活動的一個內(nèi)容，針對的是少數(shù)人，可以是興趣小組的活動，或者是為添置設(shè)備的特定項目，或是進行創(chuàng)新實踐的入門學(xué)習(xí)活動。

二是作為學(xué)生實踐教學(xué)活動的一個內(nèi)容，針對的是多數(shù)人，可以是一類拆裝實訓(xùn)或?qū)嶒灥闹饕獌?nèi)容，或者是開發(fā)性實驗的項目，或是相關(guān)教學(xué)實踐項目的設(shè)備支持項目。

3 拼裝3D打印機的過程和相關(guān)問題

拼裝3D打印機主要包括設(shè)計規(guī)劃、零件采購、拼裝調(diào)試等步驟。

對拼裝3D打印機的設(shè)計規(guī)劃，主要是確定結(jié)構(gòu)形式，查找相關(guān)資料和資源，視情況進行二次設(shè)計。開源的3D打印機有很多種結(jié)構(gòu)形式，其中PRUSA i3結(jié)構(gòu)的3D打印機的價格、打印面積、拼裝難度等綜合指標比較好，可以作為首選類型。

拼裝3D打印機的零部件主要包括鋁型材、電機、傳動帶及帶輪、電源、控制板和3D打印結(jié)構(gòu)件等。由于拼裝3D打印機本身成本比較低，小批量采買零部件很難明顯降低成本，可以采用的方法是盡量在一處購買需要的全部零部件。

3D打印機的拼裝調(diào)試主要分為機械結(jié)構(gòu)和軟件調(diào)試兩部分。機械結(jié)構(gòu)一般按照步驟拼裝，不會有太大問題。軟件調(diào)試主要是在上位機軟件中合理設(shè)置各類參數(shù)，通過實際打印，不斷優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，達到較好的使用效果。

拼裝3D打印機過程中需要注意的主要問題有以下幾個方面。

（1）零部件質(zhì)量。在拼裝過程中，各個零部件的質(zhì)量直接影響打印精度和使用壽命。有時會出現(xiàn)過于壓縮成本而采用低質(zhì)量零部件的情況，會對3D打印機整體性能產(chǎn)生影響。3D打印的零部件質(zhì)量尤其需要考慮，其形狀精度對裝配和使用影響很大。

（2）結(jié)構(gòu)精度及穩(wěn)定性。在拼裝過程中，框架的安裝精度至關(guān)重要，直接影響后續(xù)操作和整體性能。各個零部件的固定和相互配合，是保證3D打印機穩(wěn)定工作的必要條件。

（3）上位機軟件選擇。拼裝3D打印機一般采用開放的上位機軟件，常用有Repetier和Cura，使用比較簡單，效果也可以保證。在使用者擁有一定水平后，可以選用Simplify3D軟件，經(jīng)過參數(shù)調(diào)試，可以使打印效果達到或接近品牌3D打印機水平。

4 結(jié)語

本文對拼裝3D打印機的特點和拼裝過程進行了研究，分析了需要注意的主要問題，列舉了拼裝3D打印機的主要應(yīng)用方式?？傊囱b3D打印機非常適合于學(xué)生創(chuàng)新實踐活動，具有成本低、鍛煉學(xué)生能力、可以補充設(shè)備數(shù)量等優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]項乾輝，陳勝.3D打印機組裝在拆裝實踐中的應(yīng)用[J].機械工程師，2016（10）：62-64.

[2]呂建波.基于教學(xué)使用的FDM型3D打印機制作[J].科技風(fēng)，2018（11）：15-16.

[3]吳懷宇.3D打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

基金項目：2020年遼寧科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目-STEM教育實踐綜合加工設(shè)備研究與開發(fā)（202011430030）;遼寧省教育廳2019年度科學(xué)技術(shù)研究項目-醫(yī)藥包裝機非圓齒輪智能加工與檢測技術(shù)研究（L2019lkyqn-02）;2018年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項目立項一般項目-基于產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究與實踐

作者簡介：邵天駿，男，遼寧科技學(xué)院機械工程學(xué)院機電BG18S班學(xué)生。