高職院校關于3D打印實訓設備的改良研究

張洲++童和平++謝波

摘 要：目前高職院校普遍采用熔融沉積成型技術進行3D打印，該打印機操作簡便，但存在工件易翹曲變形和打印平臺不易清潔的兩大主要問題，本文對現有打印設備進行改良，有效地解決了這些問題，方法簡單、實用性強，大大提高了實訓效率。

關鍵詞：熔融沉積；3D打印；翹曲變形

1引言

3D打印是目前快速成型領域中最受公眾關注且最具生命力的技術之一。為培養出適應社會發展的新型技術性人才，近年來，高職院校普遍開設有關快速成型的課程并配備3D打印設備開展實訓。

熔融沉積成型技術（Fused Deposition Modeling，FDM）是通過加熱的噴嘴將熱塑性絲狀材料擠出成型，所用設備成本低，工藝簡潔，可用材料種類多，是目前流行的桌面3D打印機采用的主流技術。與大多職業院校一樣，我院的實訓室選用便攜式UP 3D打印機，如圖1所示。

目前從設計、材料、工藝三方面研究熔融沉積成形工件質量的人很多，但從設備著手的不多。本文將對本院現有實訓設備進行改良，可有效解決學生在實訓中遇到的實際問題。

2存在問題

2.1翹曲變形

在FDM過程中，絲材經歷了由固態到熔融再到冷卻固化三個階段。在這一過程中由于材料體積收縮而產生的內應力會造成原形的整體變形、翹曲甚至分層。因此，一般室內使用桌面3D打印機制件的翹曲現象十分常見，以平板模型為例，其翹曲變形情況見圖2。在其他快速成形工藝中，翹曲變形現象也普遍存在，成為影響成形質量的主要原因之一。

2.2多孔打印板不易清潔

每打印完一個工件，需將工件從多孔打印板中取出。由于工件底部和多孔打印板接觸緊密，故將工件取出時需用鐵鏟等工具將工件底部廢料鏟出，如圖5（a）所示，費時費力，難以徹底清潔干凈，進而也會造成下一個打印的工件底部不平，也影響了學生的實訓進度。

另外，在后續2.1中，將多孔打印板的固定方式改為螺釘固定后，雖然大大改善了工件翹曲變形的問題，但使得多孔打印板的拆裝變得麻煩些。

3解決方法與結果對比

3.1工件翹曲變形的解決方法和前后結果對比

在FDM過程中，多孔打印板與工件接觸的部位迅速升溫，溫度變化最大；而離工件較遠的周邊溫度升溫較慢，溫度變化小。且打印板是采用彈簧式平臺固定卡的固定方式，如圖3所示，因而打印板溫度變化不均勻加上固定不牢固，造成打印板翹曲變形從而導致工件翹曲變形。

此外，影響翹曲變形的因素多而復雜，為排除打印過程中設計、材料和工藝方面對翹曲變形的影響因素，我們對同一工件（口哨）采用相同打印材料和相同的優化參數，僅改變打印平板的固定方式，將彈簧式平臺固定卡更換成螺釘固定方式，如圖5（a）所示，該固定方式更加牢固，有效地防止了打印板因溫度變化而產生翹曲變形的現象，從而改善工件的翹曲變形。前后結果對比如圖4所示。

3.2多孔打印板清潔的解決方法和前后結果對比

原設備中的打印平臺為多孔打印板，熔融的材料沉積到平臺的小孔中，使得工件底部與打印板緊密連接在一起，不易分離。故將膠紙貼在打印板上，完全隔離工件與打印板，將工件粘在膠紙上，待工件打印完畢，直接將膠紙從打印板上撕掉，再重新貼上新的一張膠紙，準備下一次打印。

膠紙價格低廉，使用方便且省去了清潔板的清潔工序，實用性強。前后結果對比如圖5所示。

4結語

本次設備改良方法簡單、成本低、操作簡單、實用性強，能有效解決熔融沉積成形工件翹曲變形和多孔打印板不易清潔的問題，大大提前了學生的實訓效率，提高了學生動手學習的積極性。此方法同樣適用于其它3D打印設備。圖6是學生的部分實訓成果。

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