3D打印机实验指导书二.docxVIP

PAGE

1-

3D打印机实验指导书二

一、实验目的

(1)本实验旨在让学生深入了解3D打印技术的原理和操作流程，培养学生的创新思维和实践能力。通过实验，学生将掌握3D建模软件的基本操作，熟悉3D打印机的构造和工作原理，了解不同类型3D打印材料和打印工艺的特点。此外，实验还旨在提高学生对工程设计、机械加工和自动化控制等方面的认识，为学生日后从事相关领域的工作打下坚实的基础。

(2)在实验过程中，学生将学习如何将设计理念转化为实际产品，了解从设计草图到3D模型的转换过程，以及如何优化模型结构以提高打印效率和打印质量。通过亲自动手操作，学生能够熟悉3D打印设备的使用方法，包括设备预热、材料装载、打印参数设置等。这些技能对于未来从事产品设计、工业制造等领域具有重要意义。

(3)本实验还强调团队合作和交流能力的培养。在实验过程中，学生需要与他人协作完成设计任务，共同解决问题。这有助于提高学生的沟通技巧、团队协作能力和项目管理能力。同时，实验过程中的交流讨论能够激发学生的创新思维，促进知识的共享和融合，为学生的全面发展奠定基础。通过本次实验，学生能够更好地认识到3D打印技术在现代社会中的重要作用，为其未来的职业生涯奠定基础。

二、实验原理

(1)3D打印技术，也称为增材制造技术，其原理是将数字模型分层打印，逐层堆积材料形成实体。该技术基于分层制造原理，通过计算机辅助设计（CAD）软件创建三维模型，并将模型数据转换为切片文件，指导3D打印机进行打印。在打印过程中，打印机根据切片文件中的每一层信息，逐层沉积材料，最终形成完整的实体。例如，FusedDepositionModeling（FDM）技术是最常见的3D打印方法之一，它使用热熔丝材，通过加热使其熔化，然后通过挤出头沉积到构建平台上，逐层形成模型。

(2)FDM技术的打印温度通常在180°C至240°C之间，材料熔化后通过挤出头挤出，形成细丝状。打印层的厚度通常在0.1mm至0.3mm之间，这取决于打印机的分辨率和打印速度。例如，某品牌3D打印机在打印一层时，如果层厚为0.2mm，打印速度为50mm/s，那么完成整个模型的打印时间将取决于模型的大小和复杂程度。在打印过程中，为了保证打印质量，打印机需要保持稳定的打印温度和挤出速度。

(3)另一种常见的3D打印技术是立体光固化（SLA），它利用紫外光照射液态光敏树脂，使其固化成固态。SLA技术的打印精度较高，可以达到0.05mm甚至更高。SLA打印过程中，打印平台在X、Y轴方向移动，而紫外激光在Z轴方向扫描，将液态树脂固化成一层。每完成一层固化后，打印平台下降一个层厚，重复上述过程，直至完成整个模型的打印。例如，某款SLA3D打印机的打印尺寸为250mmx250mmx250mm，打印精度为0.05mm，打印一层所需时间为1至2分钟，具体时间取决于激光功率和树脂的固化速度。

三、实验器材与材料

(1)实验所需的器材包括3D打印机、计算机、切片软件、设计软件和打印平台。3D打印机是实验的核心设备，它通常具备FDM或SLA打印技术，能够根据设计文件进行实体打印。计算机用于运行设计软件和切片软件，设计软件如AutoCAD、SolidWorks等，用于创建和编辑3D模型；切片软件如UltimakerCura、Simplify3D等，用于将3D模型转换为打印机可执行的切片文件。打印平台是放置打印材料的平面，一般采用耐热材料制成。

(2)材料方面，FDM打印机通常使用PLA（聚乳酸）或ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）等热塑性塑料作为打印材料。PLA是一种生物可降解材料，具有良好的打印性能和较低的成本，但耐热性较差；ABS则具有更高的耐热性和机械强度，但打印过程中易产生气味。对于SLA打印机，常用的材料是光敏树脂，包括透明、半透明和有色等多种类型，可根据需求选择。此外，实验过程中可能还需要辅助材料，如支撑材料、清洗剂和干燥剂等。

(3)实验中还可能用到一些辅助工具，如剪刀、尺子、热风枪、砂纸等。剪刀和尺子用于切割和测量打印材料；热风枪可用于软化PLA等热塑性材料，便于脱模；砂纸则用于对打印完成的模型进行打磨和抛光。此外，实验前应确保所有器材和材料符合安全规范，并按照操作手册进行操作，以确保实验顺利进行。