（ET-C1）3D打印機技術改進

房彥龍

（武漢市洪山高級中學，湖北 武漢 430070）

3D打印是新產(chǎn)業(yè)革命背景下的標志性技術之一，未來將會對人類生產(chǎn)制造方式、生活消費方式、組織管理方式產(chǎn)生深刻影響。3D打印設備自下而上地制造出每一層“薄片”，最后疊加成形出三維的實體零件。這種制造技術無需傳統(tǒng)的刀具或模具，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以或無法加工的復雜結構的制造，并且可以有效簡化生產(chǎn)工序，縮短制造周期。本文對（ET-C1）3D打印機的送線裝置進行了分析、總結。研究了送線時總卡線的問題，通過設計一種裝置，解決送線時的卡線，實現(xiàn)自動送線、無人打印。

1 3D打印工作原理

3D打印技術，又稱增材制造技術，是基于原料噴射成型原理的快速成型技術。它的基本思路是利用計算機軟件將構建完成的三維數(shù)字模型切割成一系列微小單元，再利用3D打印機把材料按指定路徑添加到未完成的制件上，用聚合、黏結、熔結、燒結等物理、化學手段，逐層或逐點將材料固化在一起，形成三維的實體模型。

2 存在問題

（ET-C1）3D打印機在工作時，由于機器外觀尺寸為長方體，兩個線材料盤以水平方向安裝在后面，這樣在打印大尺寸模型時，線料經(jīng)常出現(xiàn)兩種不同狀態(tài)被打印機卡住，造成打印中斷，模型報廢，線材浪費較嚴重，工作時，需要有人一直不斷拉線，防止端部卡線，但是，大尺寸工件打印耗時比較長，有的連斷打印幾天，人員消耗太大。另外在打印過程中，容易發(fā)生偏移，嚴重影響打印精度。

3 原因分析

該3D打印機的設計制造是在線材料盤到噴嘴處不同任何改變裝置來控制線材的運動，大部分上線都是由線盤直接出線連接到L形線架上進行打印，容易發(fā)生卡線現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)查研究，卡死、斷線的發(fā)生總是容易發(fā)生在線盤出線處和L形線架之間這段距離。兩個線材料盤以水平方向安裝，出線盤附近出來的線不是垂直向上的，而是傾斜的，從而容易出現(xiàn)纏繞線盤的現(xiàn)象。

經(jīng)分析該打印機工作過程中有以下幾個難點。

3.1 出線方向的控制

在打印機工作過程中，沒有現(xiàn)成的樣品可以借鑒，需要設計一個進線的支架。把線盤出來的線向上引出，從而解決出線傾斜的現(xiàn)象。

3.2 出線端與進線端的距離控制

出線端與進線端的距離太長容易發(fā)生纏繞打結現(xiàn)象，距離太短打印線繃得太緊，線容易斷，易造成廢品。經(jīng)過大量實驗，選取了合適的距離，從而解決了這個難點。

3.3 L形線架的改進加工

L形線架出容易發(fā)生斷線問題。此難點通過增加一個接頭，改進L形線架，把接頭與線架連接，從而達到進線順暢的目的。通過試加工，很好地解決了此處的問題。

3.4 殼體螺孔有30個，嚴重影響打印零件的尺寸精度

螺孔因為有配合間隙的原因，而這些螺紋連接控制了水平和垂直方向的尺寸，從而嚴重影響了打印零件的尺寸精度，急需對3D打印機進行改進。解決此種問題的方案應節(jié)約材料成本，減少浪費，縮短人員看特管時間。通過對3D打印機的結構進行了分析、總結，對送線時總卡線和打印尺寸偏差大的問題原因進行了改進。增加了送線裝置，從而節(jié)約了大量成本。通過設計一種裝置，解決送線時的卡線問題，實現(xiàn)無人看管打印和提高了打印精度。

4 改進措施

4.1 出線方向問題分析及改進思路

在打印過程中，線盤本身的重量約為2 kg，打印線直徑為2 mm。打印線是可溶性的，硬度較硬。拉取時由于方向不一致，容易發(fā)生打結、纏繞問題。通過分析研究，設計一個支架，如圖1所示，使出線方向一致、打印線沿線盤的切線方向出線，這樣線就不會串繞了。

經(jīng)過計算測量，支架伸出長度為44 mm，把打印線引出后剛好在支架正下方，解決了出線不傾斜的問題。考慮到成本和殼體剛性及打印精度的問題，支架直接用3D打印機打印出來，采用膠水固定在打印機外殼與懸掛線盤上方。

4.2 進線接頭

在支架上面安裝M6的進線接頭，接頭內(nèi)孔為3 mm。接頭上方可以安裝進線管，安裝后樣件如圖1所示。

圖1 支架簡圖

4.3 線管的加裝

沒有安裝線管時，在出線端、進線端之間大約有350 cm的距離。這之間打印線是裸露的，打印時線容易打彎、容易纏繞電機上面，加裝線管很好地避免了這個問題。線管長度為350～400 cm。

4.4 L形線架改進

沒有改進之前，進線端不固定，容易擺動，造成斷線。通過改進，把L形線架原先的φ3的孔改成M6的螺紋孔，加裝一個接頭。

4.5 螺紋連接的固定

螺紋連接一般有一定的配合間隙，由于聯(lián)接的工作條件不可避免地存在沖擊、振動、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間的摩擦力會出現(xiàn)瞬時消失或減小；同時在高溫或溫度變化比較大的場合，材料會發(fā)生蠕變和應力松弛，也會使摩擦力減小，在多次作用下，造成聯(lián)接的逐漸松脫，這些都會使打印零件時零件尺寸發(fā)生改變，用厭氧膠預先涂在螺釘上，螺釘擰入旋緊，即可達到預期的防松緊固效果。

5 實施效果

3D打印發(fā)展前景十分廣闊。有專家預測，隨著3D打印技術的發(fā)展與成熟，未來，從簡單的食品到飛機大炮再到宇宙飛船，都可用3D打印機直接或間接“制造”出來。大力發(fā)展3D打印技術，有助于推動我國的科技進步，并將為我國實現(xiàn)“綠色制造”、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)發(fā)揮建設性的作用。3D打印是蘊含“設計思維”的個性化創(chuàng)造工具，可以塑造可重用的多態(tài)教育對象，打造虛實結合的教育應用服務創(chuàng)新平臺，促進基于創(chuàng)造的學習。自通過技術改進使用以來沒有出現(xiàn)次品、廢品，提高了打印精度，減輕了工人的勞動強度。