《印你所拍》浮雕照片3D打印的设计与实现

李想+陈发禄+陈天枢

摘要：在3D打印机上处理浮雕照片需要一个强大的处理器，通过树莓派（Raspberry Pi）进行连接，利用其体积小，处理速度快等优点，增快其处理速度和增强分辨精度，使得图片更真实化。印你所拍不仅仅是一台3D打印机，更是一件艺术品。

【关键词】3D打印机 双Z轴 浮雕照片

1 印你所拍3D打印机实现的功能介绍

伴随着3D打印市场日新月异的蓬勃发展，3D打印机的未来发展趋势以火热状态呈现给大众。从3D工业零配件到3D食物加工再到3D楼房、3D汽车、3D医疗器械，3D制造正在不断改变着我们的日常生活中的衣食住行，让我们的生活更佳的舒适、简洁、方便、快捷。3D打印技术顶尖咨询机构Wohlers，2013年发布的报告中显示，3D打印的市场年平均增长额为8.6%，总产值可以达到22 04亿美元，2019年3D打印市场规模保守估计将突破60亿美元大关。

相比于传统3D打印机“印你所拍”主要从以下几方而进行改进：

（1） 3D打印机Z轴的改进，由原来的单步进机连接皮带改成双步进机配螺纹管：

（2） 3D打印机的喷头及加热床的调温，将原来的固定温度改成可手动调节温度.针对不同材料使用不同的问题，既减少消耗，又能达到环保的效果；

（3）针对传统3D打印裸露的外观，增加一个外观设计，可以进行DIY设计，使其成为独一无二的打印机。

2 3D打印机的双Z轴螺纹杆

传统意义上的桌而级3D打印机大部分是采用3个步进电机分别在X、Y、Z轴配上三条皮带，带动整个3D打印机进行移动打印，但是由于单皮带的不稳定及扩展范围特别小，所以我们的印你所拍3D打印机采用了双Z轴螺纹杆的一种高精度的驱动装置。相比单边悬挂的悬空载物台装置，该装置的稳定性更好、承重条件下不容易变形、能适用于大物件打印、便于维修等优点，且能够使3D打印机在最小的空问里能够实现不同运动方向的运动范围最大化。

3 3D打印机挤出喷头的完善

熔融沉积造型技术使用的是热熔喷头（采用纯铜喷头），让在处于半流动状态的PLA（聚乳酸）材料按分层数据控制好的路径，通过挤压并堆积在提前设定好的位置凝固形成形状，逐渐挤出，通过层层堆积，冷却凝固后形成整个原型或零件。3D打印机的喷头是由定位区、进给区、熔丝区和增材区四个大部分组成。定位区的作用是固定料的最初定位，让料能准确、流畅、稳定地进到进给区；进给区这部分是由主动转动的齿轮和从动轴承轮两个部分组成形成，两轮中问需要保持固定的缝隙，缝隙大小值能够保证足以使料在两轮的夹紧摩擦力F作用下稳定向前运动；在熔丝区部分是由喉管通道、稳定架、隔热层和加热块四个小部分组成而成，在此處未熔化的料和熔融状的料在通道中可以形成一种活塞作用，迫使料从喷嘴喷出来：在增材区是由喷嘴、工作台和工件三部分组成，在增材打印的这整个过程中，X、Y轴方向是由喷头运动的方向控制的，Z轴方向也就是每层打印的厚度是由工作台自下而上的运动控制生成。

4 3D打印机的模型输入模式

4.1 SD卡脱机打印

提前准备好SD卡（SD卡就是SecureDigital Card的英文缩写，直译就是“安全数字卡”），将通过软件切片好的浮雕照片STL格式的模型文件通过计算机导入到SD卡中。4.2使用“Cura”软件进行切片在线打印

提前将3D打印机与电脑通过USB接口线连接好，在电脑中安装3D打印机的配置驱动，下载好Cura的15 0 4版本，将照片在Cura中调整参数，形成浮雕照片样式，通过切层模式检测，每层是否清晰明确，最后调整打印设置内容，使用print for USB。在打印前，通过显示屏进行3D打印机的准备工作，要将所有的步进机归位（归到起始位置，即：X->O；Y->0；Z->O）；接着将加热底板与喷头进行预热。

5 外观设计和打印案例

“高科技风格”这个专业术语是于1978年由祖安·克朗和苏珊·斯莱辛两人的专著《高科技》中率先提出出现。在该机器上采用的高科技风格封闭保护方法。众所周知，3D打印机上线路众多，及核心硬件经常会暴露在外，如果在打印或者展览过程中如有碰到或损坏，维修造价特别昂贵，所以我们将打印机上的所有线路及核心硬件保护起来，即保护了核心硬件的产品私密性，也使得打印机不易受损，还让使用者操作起来更佳的安全放心。比如在主板处线路是最为密集复杂的，所以设计一个盒子固定在框架上，将主板放在其问，安上散热风扇，然后线路捋顺从中穿出，从外观上根本看不出来这是一个线路复杂的主板，和外观融为一体，如图1。

展示的案例选取的比较有针对性，图2案例1女生长长的头发，宽宽的眼镜，大大的眼睛，尖尖的下巴，把她的每处特点显现的淋漓尽致，所以可见精细程度之高，整个完成模型尺寸为50mm*38mm，每层厚度8mm，总用时62分钟；案例人物特点分明，眯成缝的眼睛，肉肉的脸庞，都能够细致的打印出来，尺寸为40mm*52mm，厚度为4mm每层，总用时29分钟，所以可以看出确保打印精度的基础上提升打印速度也可以实现。参考文献

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