針對三維加工方式的多功能加工一體機

郭子興 申衍豪 劉吉文

摘 要：近年來，隨著科技的進步，3D 打印技術(shù)逐漸進入了大家的視野。由于技術(shù)的局限，目前的3D 打印機功能單一，但在這個智能化生產(chǎn)的時代，人們對此的需求越來越大，只具備3D打印單一功能的機器已經(jīng)不能滿足人們的需要，此外用戶更加注重性價比與效率，現(xiàn)在市場上具有3D打印、激光雕刻等功能的機器卻往往價格昂貴且占據(jù)很大空間。在這種情況下，我們的三維工作一體機就應(yīng)運而生。相對比現(xiàn)行市面上的機器，節(jié)省空間，減少成本，功能完備、價格合理。不僅能滿足人們對于技術(shù)的各方面需求，同時滿足人們追求性價比與效率的需求，擁有廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：三維加工；3D打??；激光雕刻；多功能一體機

1.加工一體機的背景：

近年來，社會開始逐步走入數(shù)字化時代。隨著以智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為愿景的智能制造、“工業(yè)4.0”等新興戰(zhàn)略上升到國家層面，3D打印、激光雕刻等技術(shù)越來越被大家重視。

隨著市場上不斷噴涌出各種3D打印機、激光雕刻機，消費者對于機器的要求也越來越高。經(jīng)過我們的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市面上并沒有類似于加工一體機這種集3D打印、激光雕刻于一體的多功能機器，目前市場空白，但隨著社會的發(fā)展，科技愛好者、研發(fā)團隊等群體是在明顯上升的，目前市場的狀態(tài)已不能滿足日益增長的需求。面對上述問題，我們的三維多功能加工一體機就應(yīng)運而生。我們的加工一體機是一個非常成熟的產(chǎn)品，在節(jié)約空間、金錢的情況下，將多種功能融合進一個結(jié)構(gòu)內(nèi)，實現(xiàn)了更方便、快捷的操作。

2. 產(chǎn)品原理

2.1.系統(tǒng)設(shè)計原理：

我們的Creator-bot，其特征在于，設(shè)有成型工作臺、驅(qū)動機構(gòu)、熔融擠出裝置、激光雕刻裝置、寫字裝置等裝置以及主控制盒：所述熔融擠出裝置包括分別與主控制盒連接的遠程送料單元和加熱擠出單元，熔融擠出裝置工作時，所述加熱擠出單元以可拆卸的方式固定安裝在所述安裝平臺上；所述激光雕刻裝置包括激光控制盒和激光器，激光雕刻裝置工作時，激光器亦以可拆卸的方式固定安裝在所述安裝平臺上，通過激光器供電線與所述激光控制盒連接；寫字功能等其他功能與之同理；所述激光控制盒內(nèi)設(shè)有邏輯控制模塊和穩(wěn)壓、穩(wěn)流模塊，所述邏輯控制模塊與所述主控制盒通過控制線連接，激光控制盒另接電源。

2.2.機械結(jié)構(gòu)：

鋁型材作為基本框架。鋁型材強度大，密度小，使得Creator-bot結(jié)實耐用的同時也小巧輕便，易于搬移。

傳動結(jié)構(gòu)采用h-bot結(jié)構(gòu)，工件選用2020的標準型材，對于桌面機機器尺寸來說強度足夠，其優(yōu)點是尺寸調(diào)整起來方便，x、y軸運動結(jié)構(gòu)如圖1，從俯視圖上看，機器的XY運動機構(gòu)類似字母“H”。與十字軸、I3、makerbot機器結(jié)構(gòu)不同的是，Hbot結(jié)構(gòu)速度快，沒有X軸電機一起運動的負擔(dān)，由于hbot 結(jié)構(gòu)的特殊性，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，一般的光軸滿足不了hbot機構(gòu)的精度，我們選用精度高的線軌克服這個困難。Z軸則采用滾珠絲杠傳動的結(jié)構(gòu)，與一般絲杠相比回差小，精度高，傳動效率高。

3技術(shù)施行要求：

3.1空間利用率

將多種功能進行融合使得一臺機器即可實現(xiàn)多臺機器的功能，主要是把握三維加工其都是進行一套三維的空間運動，在運動的過程中對工件進行加工?，F(xiàn)在對多種功能進行整合，使之融合到一臺機器之上，依靠一套三維的空間運動來實現(xiàn)多種功能。這就需要解決多種加工方式其三維運動不同的問題。如：3D打印其在Z軸方向上將會進行大量的運動，而激光雕刻在主要是在X，Y軸方向上進行的一個平面的運動。我們可以在切片軟件進行切片之后，利用自身算法將Z軸方向自動設(shè)置為零，相當于進行一個層高為0的3D打印，從而使得激光雕刻得以完美運行。

3.2工作速度

目前在三維加工領(lǐng)域，激光雕刻的速度相對較快，能夠滿足大多數(shù)加工的需求。然而3D打印卻在行業(yè)內(nèi)被稱之為“龜速”打印，漫長的進程使得大多數(shù)用戶望而生畏。那么如何提高3D打印的速度呢？這對于3D打印這種加工方式的推廣具有深遠的意義。針對這一問題，我們的多功能加工一體機針采用了一種獨特的H-bot結(jié)構(gòu)，依靠機械結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新來加速3D打印。該結(jié)構(gòu)的存在改變了現(xiàn)行3D打印機的電機布局，大大減少了電機的負載進而使得3D打印得以提速，而與此同時也減少了能源的消耗。

3.3上位機的兼容性

眾所周知，3D打印與激光雕刻其所用上位機切片軟件不同。針對這一問題呢，我們依托自身算法，將激光雕刻的的G代碼自動添加Z軸方向上的坐標并設(shè)置為0，進而再將其導(dǎo)入3D打印之中。依托3D打印的底層代碼，從而實現(xiàn)激光雕刻的加工。

4結(jié)語：

智能制造離不開智能加工，將現(xiàn)代新型的加工方式當時融入到傳統(tǒng)的制造業(yè)之中，為傳統(tǒng)的制造業(yè)打一針強心針。但是在融入的過程中必將存在諸多問題，而我們的三位加工一體機就很好地解決了融入難的問題，依托于自身的改進，為用戶提供更加專業(yè)、快捷、低廉的加工方式，帶來全新的用戶體驗。

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