3D打印实验报告

研究生（光电技术实验）课程报告题目：3D打印机装调实验

学号M201672189

姓名骆小俊

专业软件工程

课程指导教师王英周海杨春华

院（系、所）光学与电子信息学院

2016年12月30日

一、实验目的

1.了解3D打印机的基本原理

2.了解3D打印机的基本结构和组装过程

3.能够根据指导组装3D打印机

4.掌握3D打印机的调试方法

5.学习使用打印软件并连接打印机完成样品试制

二、实验仪器

泰锐3D打印机（零件包），PLA线

三、实验内容

3.1 常见3D打印机的种类和工作原理

3D打印（3D printing）也称为“增材制造（Additive Manufacturing）”，它是新兴的一种快速成型技术。与传统的减材制造工艺不同，3D打印是以数据设计文件为基础，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。最常见的3D 打印技术有FDM、SLA、SLS和3DP几种。

（1）FDM全称Fused Deposition Modelling（熔融沉积造型）。打印头加热，把条形塑料加热软化，按照电脑3D模型作“一笔画”。这也是本次实验所用的3D打印机工作原理。通过控制系统控制步进电机的转动进而控制“画笔”的移动，将三维物体逐层打印最终形成立体三维的作品。

3.1.1 FDM原理图

整机组装完成后如下图所示：

3.1.2 整机图

（2）SLA全称Stereolithography（立体印刷术）。它用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应变硬，从而造型。SLA有两大类，一种是Objet

为代表的，从下到上打印的。另一种是Formlabs为代表的，从上往下打印的。

3.1.3 SLA原理图

（3）SLS全称Selective Laser Sintering（选择性激光烧结）。和SLA类似，SLS使用激光。和SLA不同的是，SLS用的不是液态的光敏树脂，而是粉末。激光的能量让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接在一起。

3.1.4 SLS原理图

（4）3DP全称Three Dimensional Printing（三维打印）。这才是真正的3D打印！因为这种技术和平面打印非常相似，连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。典型的3DP打印机有两个箱体。如上图所示，左边为储粉缸，右边为成型缸。打印时，左边会上升一层（一般为0.1mm），右边会下降一层，滚粉辊把粉末从储粉缸带到成型缸，铺上厚度为

0.1mm的粉末。打印机头根据电脑数据把液体打印到粉末上。（平面打印机的Y 轴是纸在动，而3DP的Y轴是打印头在动）液体要么是粘合剂要么是水（用于激活粉末中粉状粘合剂）。

3.1.5 3DP原理图

3.2泰锐3D 打印机组成结构和各部分的作用

3D打印机的主要组成结构分为以下几个部分，每部分作用如下：

（1）加热挤出头

加热挤出头由步进电机，加热棒，温度传感器组成。其中，步进电机转动带动PLA线实现加料，加热棒负责给PLS材料加热使其融化为均匀的液体从尖端流出形成打印，温度传感器负责检测加热头的温度动态调节加热棒的工作状态。

3.2.1 加热挤出头

（2）X,Y,Z轴向电机、导轨及载物平台

如下图所示，通过步进电机的转动控制载物平台在Y方向上移动，加热挤出头在X方向和Z方向上的移动，实现三维打印。

3.2.2 电机导轨和载物平台

（3）电源以及电路控制系统

电源的作用是将家用交流电经过转换后为电路控制系统，各步进电机、加热棒等各种器件提供对应电压源的。因输入为220V电源，故在安装过过程中应注意接线安全，确认接线无误后再接通电源即可以保证我们自身的安全也能保证点电路控制系统的安全。电路控制系统如下图所示，主要负责接收和解析电脑软件

生成的加工代码，控制相应的器件工作完成打印。

3.3打印材料

打印所使用的材料有PLA 与ABS 两种，其材料特性分别为:聚乳酸（PLA ）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。ABS 树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS ，SAN ，BS 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。ABS 塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

3.2.3 主控制板连线图

3.3.1 PLA线匝

打印ABS材料与打印PLA聚乳酸区別:

1.打印PLA時气味为棉花糖气味，不像ABS那样刺鼻子的不良气味

2.PLA可以在沒有加热床情况下打印大型零件模型而边角不会翘起。

3.PLA加工温度是200℃，ABS在220℃以上

4.PLA具有较低的收缩率，即使打印较大尺寸的模型时也表现良好

5.PLA具有较低的熔体强度，打印模型更容易塑形，表面光泽性优异，色彩艳丽

6.PLA是晶体，ABS是一种非晶体。当你加热ABS时，会慢慢转换凝胶液体，不经过状态改变。PLA像冰冻的水一样，直接从固体到液体。因为没有相变，ABS不吸喷嘴的热能。部分PLA，使喷嘴堵塞的风险更大。

本实验所选用的材料为PLA。

四、实验过程

4.1 3D 打印流程如下框图所示：

（1）由计算机采用3D 画图软件创建一个3D 图形，比如SolidWorks，Autodesk