创新实践中拼装3D打印机应用研究

邵天骏 郎庆阳 兰元一 潘锐 冯海洋 韩华琦

摘 要：对创新实践活动中拼装3D打印机的应用进行了研究和分析，通过对比，介绍了拼装3D打印机的特点和应用领域。对拼装3D打印机的过程方法和注意事项进行了说明，并分析了拼装3D打印机常见的问题。

关键词：创新实践;3D打印机;拼装

1 概述

创新实践活动是应用型本科大学教学实践中培养学生动手实践能力的有效手段，能较好地培养学生理论联系实际、组织规划、交流合作、实际操作等能力。在创新实践活动中，必要的加工设备和手段是必须的，常见的有3D打印、激光切割、数控加工等，其中，3D打印技术及设备应用最为广泛。

目前3D打印技术已经逐步成熟，各式各样的3D打印机也越来越经常进入大众的视野。目前3D打印的常见工艺技术有SLA、SLS、FDM、3DP、LOM、LSF等，其中FDM原理的3D打印机最为普及，其成型精度较高，一般不低于0.2mm，可基本满足大多数的创新与创意设计，有丰富的打印材料，成型实物强度较高，价格较为低廉，能够为广大使用者接受。

创新实践活动中，成品3D打印机使用广泛，但也存在一定问题：（1）设备价格较高，不适合于个人购买，对团队或实验室的经费产生较大压力;（2）在学校实验室中，成品3D打印机一般均登记为固定资产，管理较为严格，学生使用中约束较多;（3）维护维修成本较高，成品3D打印机虽然比较稳定，但也会出现故障，其售后服务和配件价格都比较高，学生使用设备过程中，由于经验、态度、习惯等问题，出现故障的频率还是较高的，就产生了比较高的维护维修成本;（4）成品3D打印机由于都是调试好使用的，甚至有些是傻瓜式操作，学生只是拿来使用，对设备结构、3D打印原理都没有直观的认识，对3D打印技术也会出现片面的认知。

2 拼装3D打印机的特点与应用

自制拼装3D打印机在学生创新活动中具有明显的特点。

首先，拼装3D打印机具有很高的成本优势，加工制作难度较低。DIY打印机套件几百元到几千元不等，软硬件资源丰富，且多为开源可以在市场和网上购买、下载。

其次，拼装3D打印机可以极大地锻炼学生的动手实践能力和创造能力。在普通教学环境中，学生动手实践机会比较少，采用传统的实践项目，学生的兴趣也不是很大。而采用3D打印机的拼装活动，可以很大程度上调动学生积极性，既可以满足专业知识学习的需要，也符合拼装之后马上就可以看到效果的心理预期。

再次，拼装3D打印机是创新实践设备的有力补充。成品3D打印机价格较高，一般创新实验室或是实训场所，所拥有的3D打印机数量有限，特别是涉及到资产管理等方面问题的时候，并不能很好满足学生创新实践需要。而拼装3D打印机价格实惠，可以有效补充3D打印机的数量，并且可以在精度上满足使用要求。

自制拼装3D打印机在学生实践活动中主要可以应用在两个方面。

一是作为学生创新实践活动的一个内容，针对的是少数人，可以是兴趣小组的活动，或者是为添置设备的特定项目，或是进行创新实践的入门学习活动。

二是作为学生实践教学活动的一个内容，针对的是多数人，可以是一类拆装实训或实验的主要内容，或者是开发性实验的项目，或是相关教学实践项目的设备支持项目。

3 拼装3D打印机的过程和相关问题

拼装3D打印机主要包括设计规划、零件采购、拼装调试等步骤。

对拼装3D打印机的设计规划，主要是确定结构形式，查找相关资料和资源，视情况进行二次设计。开源的3D打印机有很多种结构形式，其中PRUSA i3结构的3D打印机的价格、打印面积、拼装难度等综合指标比较好，可以作为首选类型。

拼装3D打印机的零部件主要包括铝型材、电机、传动带及带轮、电源、控制板和3D打印结构件等。由于拼装3D打印机本身成本比较低，小批量采买零部件很难明显降低成本，可以采用的方法是盡量在一处购买需要的全部零部件。

3D打印机的拼装调试主要分为机械结构和软件调试两部分。机械结构一般按照步骤拼装，不会有太大问题。软件调试主要是在上位机软件中合理设置各类参数，通过实际打印，不断优化调整参数，达到较好的使用效果。

拼装3D打印机过程中需要注意的主要问题有以下几个方面。

（1）零部件质量。在拼装过程中，各个零部件的质量直接影响打印精度和使用寿命。有时会出现过于压缩成本而采用低质量零部件的情况，会对3D打印机整体性能产生影响。3D打印的零部件质量尤其需要考虑，其形状精度对装配和使用影响很大。

（2）结构精度及稳定性。在拼装过程中，框架的安装精度至关重要，直接影响后续操作和整体性能。各个零部件的固定和相互配合，是保证3D打印机稳定工作的必要条件。

（3）上位机软件选择。拼装3D打印机一般采用开放的上位机软件，常用有Repetier和Cura，使用比较简单，效果也可以保证。在使用者拥有一定水平后，可以选用Simplify3D软件，经过参数调试，可以使打印效果达到或接近品牌3D打印机水平。

4 结语

本文对拼装3D打印机的特点和拼装过程进行了研究，分析了需要注意的主要问题，列举了拼装3D打印机的主要应用方式。总之，拼装3D打印机非常适合于学生创新实践活动，具有成本低、锻炼学生能力、可以补充设备数量等优势。

参考文献：

[1]项乾辉，陈胜.3D打印机组装在拆装实践中的应用[J].机械工程师，2016（10）：62-64.

[2]吕建波.基于教学使用的FDM型3D打印机制作[J].科技风，2018（11）：15-16.

[3]吴怀宇.3D打印：三维智能数字化创造[M].北京：电子工业出版社，2017.

基金项目：2020年辽宁科技学院大学生创新创业训练计划项目-STEM教育实践综合加工设备研究与开发（202011430030）;辽宁省教育厅2019年度科学技术研究项目-医药包装机非圆齿轮智能加工与检测技术研究（L2019lkyqn-02）;2018年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目立项一般项目-基于产教融合、协同育人的机械设计制造及其自动化专业应用型人才培养模式创新研究与实践

作者简介：邵天骏，男，辽宁科技学院机械工程学院机电BG18S班学生。