目录

  • 1 3D打印概论
    • 1.1 大国之材——3D打印
      • 1.1.1 嫦娥奔月与3D打印
    • 1.2 3D打印的定义
    • 1.3 3D打印的起源与发展
    • 1.4 3D打印的原理与组成
    • 1.5 3D打印的应用领域
      • 1.5.1 疫情下的3D打印应用
        • 1.5.1.1 ​3D打印“疫情隔离屋”
        • 1.5.1.2 3D打印新型冠状病毒模型
        • 1.5.1.3 3D打印护目镜
        • 1.5.1.4 3D打印防护面罩
    • 1.6 3D打印的优缺点
    • 1.7 3D打印的发展趋势
    • 1.8 研讨
    • 1.9 本章测试
  • 2 3D打印的工艺与材料
    • 2.1 3D打印的工艺
      • 2.1.1 熔融沉积制造(FDM)
      • 2.1.2 光固化成形技术(SLA)
      • 2.1.3 分层实体制造(LOM)
      • 2.1.4 选择性激光烧结(SLS)
      • 2.1.5 激光选区熔化金属成形(SLM)
      • 2.1.6 三维印刷(3-DP)
      • 2.1.7 电子束熔化成形(EBM)
      • 2.1.8 研讨
    • 2.2 3D打印的材料
      • 2.2.1 有机高分子材料
      • 2.2.2 金属材料
      • 2.2.3 无机非金属材料
      • 2.2.4 研讨
    • 2.3 本章测试
  • 3 3D打印机的组成与结构
    • 3.1 3D打印机的机械系统
      • 3.1.1 主机身结构
      • 3.1.2 传动系统
      • 3.1.3 挤出系统
    • 3.2 3D打印机的控制系统
      • 3.2.1 硬件系统及执行元件
      • 3.2.2 软件系统
  • 4 三维模型的构建
    • 4.1 CAD/CAM的基本概念
    • 4.2 3D反求设计
      • 4.2.1 正向设计与逆向设计
      • 4.2.2 3D反求与3D打印
      • 4.2.3 3D反求设计基本流程
        • 4.2.3.1 点云数据
        • 4.2.3.2 点云数据采集
        • 4.2.3.3 点云数据预处理
        • 4.2.3.4 点云数据建模
      • 4.2.4 3D反求(基于面结构光)与3D打印实验
        • 4.2.4.1 基本原理
        • 4.2.4.2 三维扫描的基本操作
        • 4.2.4.3 3D反求扫描实验(视频)
        • 4.2.4.4 三维模型的打印
      • 4.2.5 开源3D扫描的安装与校验实验
        • 4.2.5.1 基本原理
        • 4.2.5.2 扫描仪的安装与使用(视频)
    • 4.3 SolidWorks软件功能概述
    • 4.4 设计案例——梳子
    • 4.5 设计案例——七巧板
    • 4.6 设计案例——魔方
    • 4.7 设计案例——轴承座
    • 4.8 设计案例——水杯
    • 4.9 设计案例——花瓶
    • 4.10 设计案例——沐浴露瓶
    • 4.11 设计案例——齿轮泵
  • 5 数据处理与程序编制
    • 5.1 概述
    • 5.2 三维数据模型文件格式
    • 5.3 模型数据处理
    • 5.4 分层切片处理
    • 5.5 Gcode代码生成
  • 6 3D打印机的操作
    • 6.1 3D打印机的基本操作过程
    • 6.2 3D打印的主要工艺分析
      • 6.2.1 层厚参数对零件力学性能影响的研究
    • 6.3 零件的3D打印
  • 7 3D打印的误差分析及常见问题的处理
    • 7.1 误差分析
    • 7.2 3D打印机常见问题处理
  • 8 互联网+3D打印
    • 8.1 3D打印云平台(含概述)
      • 8.1.1 互联网+3D打印制造理念
      • 8.1.2 生产组织方式
      • 8.1.3 3D打印云平台构架
    • 8.2 3D打印与个性化定制
      • 8.2.1 个性化定制基本概念
      • 8.2.2 个性化定制的类型与演化路径
      • 8.2.3 基于3D打印云平台的个性化定制
      • 8.2.4 3D打印个性化定制案例:服装
      • 8.2.5 3D打印个性化定制案例:首饰
      • 8.2.6 3D打印个性化定制案例:医疗
      • 8.2.7 3D打印个性化定制案例:食品
  • 9 人物志
    • 9.1 卢秉恒
    • 9.2 戴尅戎
    • 9.3 王华明
    • 9.4 颜永年
    • 9.5 研讨
  • 10 他山之石
    • 10.1 视频案例欣赏
      • 10.1.1 5款3D打印机(2018年)
      • 10.1.2 打印女友(三维扫描+3D打印)
      • 10.1.3 踏入未来的3D打印跑鞋,Adidas future 4D Runner
      • 10.1.4 3D打印建筑
      • 10.1.5 走进GE的3D打印工厂
      • 10.1.6 3D打印混凝土桥
    • 10.2 模型案例欣赏
      • 10.2.1 建筑模型
      • 10.2.2 机械零件
      • 10.2.3 人物模型
      • 10.2.4 动物卡通
      • 10.2.5 生活用品
      • 10.2.6 交通工具
      • 10.2.7 艺术时尚
  • 11 参考资料
    • 11.1 参考文献
    • 11.2 3D打印设备(软件和说明书)
      • 11.2.1 太尔时代UP系列
      • 11.2.2 大业-小方
      • 11.2.3 FDM工业机
    • 11.3 社会影响
      • 11.3.1 教育部产学合作协同育人项目
      • 11.3.2 微课大赛全国一等奖
      • 11.3.3 安徽省工业设计大赛专项赛
      • 11.3.4 超星集团线上教学风采大赛三等奖
      • 11.3.5 安徽工业大学“停课不停学”线上教学竞赛二等奖
      • 11.3.6 安徽工业大学校级规划教材
      • 11.3.7 教学研究论文(3D打印技术基础及实践_混合式教学改革初探)
    • 11.4 建模软件
    • 11.5 线上教学-课程调查
Gcode代码生成

路径规划完成后,必须按照一定的规则编译成3D打印机可以识别并执行的程序,由于3D打印机采用的控制器和原件不尽相同,为了使编译的程序有通用性,程序必须遵循统一标准的代码。Gcode最早用于数控机床的控制,结构清晰,编写规则简单易懂,通过Gcode可以方便地读取加工路径,在3D打印中普遍使用Gcode代码,并且根据实际需求进行补充编译,表5-2所示的是3D打印机关键指令的具体含义。

5-2 关键指令的具体含义

指令

含义

G0

快速移动

G1

定向移动

G28

回原点

G90

设定绝对坐标

G91

设定相对坐标

G92

重设当前位置为指定点

M104

挤出头加热关闭

M106

冷却风扇转速设定

M109

挤出头温度设定并等待

M140

热床加热关闭

M107

冷却风扇关闭

M117

显示打印信息

3D 打印技术中用到的 G代码主要可以分为三类,分别是起始代码、加工 代码和终止代码。这三部分相辅相成,共同控制 3D 打印机硬件系统完成模型的打印工作,缺一不可。起始 Gcode 主要负责打印系统的准备工作,例如加热打印平台、进给打印线材、指定打印温度等,而终止 Gcode 则负责收尾工作,关闭加热腔加热器、将打印头返回到初始位置等。这两部分的 Gcode 在确定了打印机系统后就基本上是确定的,可以提前编写好。

1)起始 G 代码

M190 S{print_bed_temperature} ; 设置热床温度

M109 S{print_temperature} ; 设置打印温度

G21 ; 设置度量值,以毫米为单位

G90 ; 设定绝对坐标

M82 ; 将喷嘴设置为绝对模式

M107 ; 开始时设置风扇关闭

G28 X0 Y0 ; X / Y 移动到原点

G28 Z0 ; Z 移动到原点

G92 E0 ; 清零挤出长度

G1 F200 E3 ; 挤出 3mm 原料

G92 E0 ; 再次清零挤出长度

G1 F{travel_speed} ; 喷嘴移动速度

M117 ; 将打印消息放在 LCD 屏幕上

2)加工G代码

按照路径规划的打印路径顺序,依次按照按照加工路径的轨迹点定向移动(G1指令),同时控制打印线材进给速度(控制打印材料的输出)。
3) 终止 G 代码:

M104 S0 ;  关闭挤出头加热器

M140 S0;  热床加热关闭

G91   ;相对位置

G1 E-1 F300 ;在提起喷嘴之前先将丝线收回一点,以释放压力

G1 Z+0.5 E-5 X-20 Y-20 F{travel_speed} ;Z 向上移动一点,进一步缩回丝线

G28 X0 Y0 ;返回原点

M84 ;  关闭步进电机

G90 ;  绝对位置