創新實踐中拼裝3D打印機應用研究

邵天駿 郎慶陽 蘭元一 潘銳 馮海洋 韓華琦

摘?要：對創新實踐活動中拼裝3D打印機的應用進行了研究和分析，通過對比，介紹了拼裝3D打印機的特點和應用領域。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。

關鍵詞：創新實踐;3D打印機;拼裝

1 概述

創新實踐活動是應用型本科大學教學實踐中培養學生動手實踐能力的有效手段，能較好地培養學生理論聯系實際、組織規劃、交流合作、實際操作等能力。在創新實踐活動中，必要的加工設備和手段是必須的，常見的有3D打印、激光切割、數控加工等，其中，3D打印技術及設備應用最為廣泛。

目前3D打印技術已經逐步成熟，各式各樣的3D打印機也越來越經常進入大眾的視野。目前3D打印的常見工藝技術有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，可基本滿足大多數的創新與創意設計，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）設備價格較高，不適合于個人購買，對團隊或實驗室的經費產生較大壓力;（2）在學校實驗室中，成品3D打印機一般均登記為固定資產，管理較為嚴格，學生使用中約束較多;（3）維護維修成本較高，成品3D打印機雖然比較穩定，但也會出現故障，其售后服務和配件價格都比較高，學生使用設備過程中，由于經驗、態度、習慣等問題，出現故障的頻率還是較高的，就產生了比較高的維護維修成本;（4）成品3D打印機由于都是調試好使用的，甚至有些是傻瓜式操作，學生只是拿來使用，對設備結構、3D打印原理都沒有直觀的認識，對3D打印技術也會出現片面的認知。

2 拼裝3D打印機的特點與應用

自制拼裝3D打印機在學生創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上購買、下載。

其次，拼裝3D打印機可以極大地鍛煉學生的動手實踐能力和創造能力。在普通教學環境中，學生動手實踐機會比較少，采用傳統的實踐項目，學生的興趣也不是很大。而采用3D打印機的拼裝活動，可以很大程度上調動學生積極性，既可以滿足專業知識學習的需要，也符合拼裝之后馬上就可以看到效果的心理預期。

再次，拼裝3D打印機是創新實踐設備的有力補充。成品3D打印機價格較高，一般創新實驗室或是實訓場所，所擁有的3D打印機數量有限，特別是涉及到資產管理等方面問題的時候，并不能很好滿足學生創新實踐需要。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打印機在學生實踐活動中主要可以應用在兩個方面。

一是作為學生創新實踐活動的一個內容，針對的是少數人，可以是興趣小組的活動，或者是為添置設備的特定項目，或是進行創新實踐的入門學習活動。

二是作為學生實踐教學活動的一個內容，針對的是多數人，可以是一類拆裝實訓或實驗的主要內容，或者是開發性實驗的項目，或是相關教學實踐項目的設備支持項目。

3 拼裝3D打印機的過程和相關問題

拼裝3D打印機主要包括設計規劃、零件采購、拼裝調試等步驟。

對拼裝3D打印機的設計規劃，主要是確定結構形式，查找相關資料和資源，視情況進行二次設計。開源的3D打印機有很多種結構形式，其中PRUSA i3結構的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打印結構件等。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打印機的拼裝調試主要分為機械結構和軟件調試兩部分。機械結構一般按照步驟拼裝，不會有太大問題。軟件調試主要是在上位機軟件中合理設置各類參數，通過實際打印，不斷優化調整參數，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）零部件質量。在拼裝過程中，各個零部件的質量直接影響打印精度和使用壽命。有時會出現過于壓縮成本而采用低質量零部件的情況，會對3D打印機整體性能產生影響。3D打印的零部件質量尤其需要考慮，其形狀精度對裝配和使用影響很大。

（2）結構精度及穩定性。在拼裝過程中，框架的安裝精度至關重要，直接影響后續操作和整體性能。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，經過參數調試，可以使打印效果達到或接近品牌3D打印機水平。

4 結語

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打印機的主要應用方式。總之，拼裝3D打印機非常適合于學生創新實踐活動，具有成本低、鍛煉學生能力、可以補充設備數量等優勢。

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基金項目：2020年遼寧科技學院大學生創新創業訓練計劃項目-STEM教育實踐綜合加工設備研究與開發（202011430030）;遼寧省教育廳2019年度科學技術研究項目-醫藥包裝機非圓齒輪智能加工與檢測技術研究（L2019lkyqn-02）;2018年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目立項一般項目-基于產教融合、協同育人的機械設計制造及其自動化專業應用型人才培養模式創新研究與實踐

作者簡介：邵天駿，男，遼寧科技學院機械工程學院機電BG18S班學生。