3D打印机组装与调试(21世纪技能创新型人才培养系列教材·机械设计制造系列;“十四五”新工科应用型教材建设项目成果)

单元1  3D打印技术概述 1
1.1  3D打印技术的概念 1
1.1.1  3D打印技术的定义 2
1.1.2  3D打印过程 2

1.2  3D打印技术的发展 3
1.2.1  3D打印技术发展概述 3
1.2.2  3D打印技术发展的制约因素 3
1.2.3  3D打印技术的发展前景 4

1.3  3D打印技术的应用 4
1.3.1  医学方面的应用 5
1.3.2  工业方面的应用 6
1.3.3  建筑设计与房产销售方面的应用 7
1.3.4  食品产业中的应用 8
1.3.5  珠宝业中的应用 8

1.4  4D打印技术简述 8
1.4.1  4D打印技术的定义 8
1.4.2  构成要素 9
1.4.3  4D打印流程 10
1.4.4  4D打印技术的主要优势 10
1.4.5  4D打印技术的应用领域 11
思考题 12

单元2  3D打印技术原理 13
2.1  3D打印技术工艺 14
2.1.1  3D打印技术的分类 14
2.1.2  3D打印技术工艺简介 14
2.1.3  3D打印技术指标 18

2.2  熔融沉积工艺 18
2.2.1  熔融沉积工艺原理 18
2.2.2  双喷头熔融沉积制造工艺的基本原理 18
2.2.3  熔融沉积成型工艺的特点 20
2.2.4  熔融沉积快速成型的材料 20
2.2.5  成型材料的特性指标 21

2.3  3D打印基本流程 22
2.3.1  建模软件 22
2.3.2  STL文件转换和操作 22
2.3.3  3D打印 22
2.3.4  去除支撑 23
2.3.5  后处理 23

2.4  开源3D打印机 23
2.4.1  RepRap3D打印机技术概述 23
2.4.2  RepRap项目的发展阶段 23
2.4.3  Ultimaker3D打印机简介 25

2.5  3D打印机典型的结构类型 26
2.5.1  盒子结构框架 26
2.5.2  三角结构框架 26
2.5.3  三臂并联结构框架 27
思考题 27

单元3  3D打印机硬件 28
3.1  打印机电源 28
3.1.1  计算机主机电源 29
3.1.2  服务器电源 29
3.1.3  移动电源 29
3.1.4  OEM电源 30

3.2  步进电机 30
3.2.1  步进电机定义与结构形式 30
3.2.2  步进电机类型与主要参数 31

3.3  传动部件 35
3.3.1  同步带与同步带轮 35
3.3.2  丝杠 37
3.3.3  行星减速机 39

3.4  挤出部件 40
3.4.1  近端挤出机 40
3.4.2  远程挤出机 40
3.4.3  热熔挤出头 41

3.5  限位开关 42
3.5.1  机械式限位开关 42
3.5.2  光电式限位开关 42
3.5.3  霍尔式限位开关 43

3.6  加热床 43
3.6.1  隔离材料 43
3.6.2  加热床电线 43
3.6.3  打印平台材料 44
3.6.4  加热材料 44
3.6.5  加热电子电路 46

3.7  传感器 47
3.7.1  传感器的概念 47
3.7.2  温度传感器 47

3.8  控制电路板 48
3.8.1  一体控制电路板 48
3.8.2  模块化控制电路板 48

3.9  电机驱动器 50
3.9.1  独立的驱动板 50
3.9.2  插拔型的驱动模块 50
3.9.3  集成式驱动模块 50

3.10  液晶显示屏 51
3.10.1  LCD2004液晶模块 51
3.10.2  LCD12864液晶模块 52
思考题 52

单元4  3D打印机软件 53
4.1  常用固件 54
4.1.1  常用固件类型 54
4.1.2  Marlin_v1固件 56
4.1.3  固件上传 61

4.2  上位机常用控制软件 63
4.2.1  Pronterface控制软件 63
4.2.2  Repetier控制软件 68

4.3  Cura切片软件 69
4.3.1  切片软件的安装 69
4.3.2  切片软件的界面与功能 72
思考题 80

单元5  DIY打印机组装与调试 81
5.1  Prusa i3打印机的性能与结构 81
5.1.1  主要性能指标 82
5.1.2  DIY打印机结构 82

5.2  打印机的组装 83
5.2.1  框架结构的组装 83
5.2.2  打印机的电气连接 94

5.3  打印机的固件配置 97
5.3.1  波特率 98
5.3.2  主控板 98
5.3.3  热敏电阻 98
5.3.4  温度 100
5.3.5  挤出最小温度 100
5.3.6  限位开关与上拉电阻总体控制 101
5.3.7  限位开关上拉电阻细分控制 102
5.3.8  限位开关方向控制 103
5.3.9  关闭优选限位开关 103
5.3.10  反转步进电机启用引脚 104
5.3.11  关闭轴 104
5.3.12  步进电机运转方向 105
5.3.13  原点位置 106
5.3.14  回原点的速率 106
5.3.15  各轴所需脉冲数 107
5.3.16  2004 LCD显示器 108

5.4  Marlin固件编译与烧录 109
5.4.1  固件编译的常见错误类型 109
5.4.2  固件烧录 111

5.5  3D打印机的功能调试 112
5.5.1  显示器的调试 112
5.5.2  Pronterface软件调试 113
5.5.3  机械部件调试 116

5.6  3D打印机的打印测试 120
5.6.1  打印机的调平 120
5.6.2  打印机进退料 123
5.6.3  打印测试 125
5.6.4  界面操作 127
思考题 129

单元6  打印工艺 130
6.1  3D打印模式 130
6.1.1  打印模式的种类 131
6.1.2  拆分模型的打印 133
6.1.3  打印模型的制作 135

6.2  后处理工艺技术 138
6.2.1  常用的后处理技术 138
6.2.2  3D打印的后期处理案例 140
思考题 141

单元7  3D打印机的常见问题与维护 142
7.1  3D打印机的常见问题及处理方法 143
7.1.1  开始打印耗材无挤出 143
7.1.2  打印耗材无法粘到平台上 145
7.1.3  边角卷曲和毛糙 148
7.1.4  层错位 150
7.1.5  层开裂或断开 151
7.1.6  侧面线性纹理 152

7.2  打印模型的问题 153
7.2.1  打印水壶的问题 153
7.2.2  打印圆形物体呈椭圆形 155

7.3  打印头热敏电阻的故障 155

7.4  打印头加热棒的故障 156
7.4.1  故障现象 157
7.4.2  故障诊断方法 157
7.4.3  更换打印头的加热棒 157

7.5  3D打印机的维护 158
7.5.1  调整传动带松紧度 158
7.5.2  清理光杠和丝杠 158
7.5.3  紧固螺栓 159
7.5.4  保护打印平台 159
7.5.5  注意事项 159
思考题 159

单元8  3D打印的项目案例 160
8.1  3D打印机轴承座的设计打印与装配 160
8.1.1  轴承座的设计 161
8.1.2  轴承座的打印 163
8.1.3  轴承座的装配 164

8.2  3D打印机面板旋钮的设计打印与装配 165
8.2.1  面板旋钮的设计 165
8.2.2  面板旋钮的打印 168
8.2.3  面板旋钮的装配 169

8.3  3D打印机进料装置的设计打印与装配 169
8.3.1  进料装置的设计 169
8.3.2  进料装置的打印 173
8.3.3  进料装置的装配 174

参考文献 175
附录 176