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广东技术师范学院大学生,发明五轴FDM3D打印机,无需支撑

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本帖最后由 小软熊 于 2016-12-29 15:06 编辑

南极熊想给下文的五轴FDM 3D打印机 发明者32个赞,他居然还是一个广东技术师范学院的大学生呢。

3D打印机现在大家都耳熟能详了,在电脑建个模型就能从3D打印机打印出来变成实物,就像魔法一样,从零生出万物。我们现在常用的就是桌面级的FDM3d打印机,其实这种3D打印机有诸多缺点。
第一:速度太慢,打印个巴掌大的东西可能就要两三个小时了。
第二:支撑问题,其实桌面级FDM3D打印机也不是什么东西都能打印的,因为涉及到要打印支撑结构的问题。
家下来我们就来看一下5轴打印机的打印视频吧。



       QQ截图20161229110722.png

打印支撑结构是一件比较糟心的事情,一个是费材料费时间,二是后期还要把支撑部分清理掉,有些位置的支撑是很难清理的,一不小心就会损坏已经打印好的模型。像下面这个模型,清理的时候如果不注意,就有可能损坏眼睛和头发的部分。
QQ截图20161229110731.png
还有金属3D打印的支撑部分清理更加麻烦,要经过线切割,热处理,还有打磨等等工序才能把想要的部分分离出来。
QQ截图20161229110738.png
3D打印机还有材料,硬度,强度等等其他问题,但我们今天不说其他,就先说说打印支撑的问题。为什么一定要打印支撑,明知道是件吃力不讨好的事情,为什么还要去做呢?这涉及到现有3D打印机的原理问题,如下图:
QQ截图20161229110743.png

3D打印机不能直接将计算机上的模型给打印出来,还需要借助专用的切片软件Cura或Slic3r等将模型进行切片分层生成可供3D打印机识别的G代码才能打印,简单来说,就像传统的纸墨打印机一样,只是多了个Z轴,打印完一层,Z轴往上升,再打印一层,层层堆叠,最后出来成品。喷头永远是在平面区域来工作的,所以下面一定要有东西顶住它才能往上打印,这就导致了下窄上宽的那些模型一般都要打印支撑结构。


有没有办法解决?有!三轴结构局限了打印的区域,那就用五轴来解决它,下面我们来看一段5轴3D打印机的打印原理视频:


QQ截图20161229110749.png
在打印平台上增加A,B两个转动自由度,使打印面始终水平,考虑到A轴只需要定角度,所以采用左右各一个舵机加舵盘来实现A轴的运动,两个舵机同时控制,使转动更加地平稳与精确。A轴是带动整个打印平台转动,而打印平台上安装B轴,B轴带动打印面板旋转,采用步进电机来带动。使3D打印机在打印时可以时刻转动坐标系使成型面始终在有支撑的水平面上,这样就能避免支撑材料的产生,如下图演示:
0 (1).gif
打印无需支撑的部分依然和普通三轴3D打印机一样,打印完一层再打一层
0 (2).gif
把该部分打印完毕之后,轮到原本要打印支撑才能打印的结构,这个时候喷头复位,舵机带动打印平台转动,因为喷头还是某宝上买到的普通喷头,有些笨重,所以避免打印平台转动的时候撞到喷头,还是复一下位,下个机型可以改进一下,让喷头不需要再复位
0 (3).gif
打印平台转动到适当位置后,喷头回到指定位置,实现四轴打印
0 (4).gif
四轴打印过程中
0 (5).gif
四轴打印过程中
0 (6).gif
该部分打印完毕
0 (7).gif
喷头复位,步进电机带动打印平台转动,实现五轴打印
0.gif
五轴打印进行中
五轴3D打印机因为增加了两个自由度,大大扩大了打印区域,不仅解决了打印支撑的问题,其实还有助于打印更复杂的结构。之前南极熊就报道过日本工业巨头三菱公司研发五轴3D打印,而且还成功的研发了金属五轴打印机。

我们来看一下效果对比图。
QQ截图20161229110846.png
三轴打印效果图
QQ截图20161229110858.png
五轴打印效果图
QQ截图20161229110907.png
机器实物图
来源: 广州创客交流
延伸阅读:
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曝光:三菱重工开发的五轴金属3D打印机终于亮相了

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