ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ по технологии «3D ПРИНТЕР – КОНСТРУКТОР»

МКОУ «СОШ №1 п. Пристень»

Пристенский район Курской области

ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

по технологии

«3D ПРИНТЕР – КОНСТРУКТОР»

Выполнил: Уколов Дмитрий

Обучающийся 11А класса

Руководитель: Шаталова Наталья Юрьевна

2016

Пояснительная записка

Цель проекта:

СОЗДАНИЕ БЮДЖЕТНОГО 3D ПРИНТЕРА - КОНСТРУКТОРА

Задачи проекта:

- развитие исследовательских, инженерных и проектных компетенций через моделирование и конструирование научно-технических объектов;

-изготовлении деталей и выполнение монтажной сборки 3D принтера,

овладение технологическим процессом монтажа электронных компонентов;

освоение технологии сборки механических узлов конструктора;

приобретение практического опыта в разработке программных кодов;

освоение приемов создания 3-D объектов на бюджетном конструкторе;

Выбор и обоснование проекта

Технологии 3D-печати. 
Применение 3D-принтеров.

Выбор технологии 3D-печати зависит от выполняемой задачи: геометрического размера и требуемой точности получаемого изделия, прочности материала, долговечности изделия, пригодности детали для промышленных испытаний или более точной передаче внешнего вида будущего изделия. От технологии 3D-печати зависит скорость изготовления трехмерного объекта (производительность) и себестоимость его по расходу материалов.

При выборе технологии 3d-печати необходимо знать:

• Не существует уникальной технологии 3D-печати, которая решала бы все задачи наилучшим образом

• У каждой технологии есть сильные и слабые стороны

• Выбор 3D-принтера должен основываться на ЗАДАЧАХ, которые он решает

• Многие производители 3D-принтеров предлагают несколько технологий 3D-печати для различных приложений или полагаются на аутсорсинг

В настоящее время получили развитие следующие основные технологии 3D-печати:

• Моделирование методом наплавления (англ. fused deposition modeling, FDM) – получила наибольшее распространение благодаря простоте устройств печати и невысокой стоимости применяемых материалов. Большинство персональных «домашних» 3D-принтеров построено именно по данной технологии

• Цветная гипсовая печать (FC3D) и полноцветная печать пластиком (CJP, англ.Color Jet Printing) – пока единственные промышленно внедренные и очень близкие технологии, позволяющие печатать полноцветные трехмерные объекты сложной формы

• Технология многоструйной печати (MJP – англ. Multi Jet Printing) позволяет изготавливать из полужидких материалов, отверждаемых под действием ультрафиолета, точные пластиковые модели для экспериментов, функционального тестирования, создания мастер моделей, проверки изделий на эргономичность, а также для литья по выжигаемым моделям

• Лазерная стереолитография (SLA) – первая разработанная еще в 80-е годы прошлого века технология 3D-печати, основанная на отверждении жидкого фоточувствительного материала под действием луча лазера. Позволяет создавать объекты с очень высокой точностью построения. Применяется как в профессиональных, так и в производственных устройствах трехмерной печати. Разновидность стереолитографии microSLA применяется в устройствах для персональной профессиональной деятельности.

• Селективное лазерное спекание (англ. selective laser sintering, SLS) – это, в основном, промышленная технология спекания порошка материала лучом мощного лазера. Получаемые детали-прототипы настолько близки по свойствам к будущим промышленным серийным по свойствам и прочности (а иногда и превосходят их), что пригодны для ходовых испытаний, а созданные по технологии спекания металлических порошков (DMS – англ. Direct MetallicSintering) ортопедические и стоматологические импланты обладают прочностью и долговечностью 99% от теоретически возможных. Практически безотходная технология – до 90% порошка может быть использовано вторично.

• Изготовление объектов с использованием ламинирования (англ. laminated object manufacturing, LOM) – технология построения объемных изделий путем ламинирования и обрезания слоев материала, например, бумаги. Позволяет существенно снизить себестоимость изделия за счет применения дешевых материалов, однако, связана с большими отходами (обрезками). Широко применяется при создании макетов ландшафта. Широкого распространения пока не получила.

Многие люди относятся к 3D-принтерам, как к игрушкам. А зря. Ученые провели расчеты, в результате которых выяснили, что в среднем самый простой 3D-принтер обеспечивает возврат не меньше 40% инвестиций, а зачастую рентабельность достигает и 200%. Стоит отметить, что это результаты самых консервативных оценок, выполненных по академической методике. Ученые говорят, что принтер способен сэкономить вам от 300 до 2000 долларов в год. Очевидно, что в течение 5-10 лет 3D принтеры приобретут широкое распространение и будут присутствовать в наших домах как и обычные принтеры. Только представьте себе: во время посещения друзей вы заметили на их столе вазу, что идеально бы смотрелась в вашей прихожей. Вытяните смартфон, запустите бесплатное приложение для сканирования трехмерных объектов и 3D готовый файл передайте по сети на принтер, который вы оставили дома. После возвращения готовая ваза уже ожидает, чтобы вы установили ее в коридоре.

Мне интересно выполнять работы связанные с обработкой различных материалов, воплощать задуманное в реальные предметы. Выполняя эти работы, мне приходится изучать книги, журналы и различные пособия по обработке различных материалов. Узнав, что можно самому собрать свой принтер, я приступил к этой работе. 

Разработка опорной схемы

Анализ идеи

Свой выбор обосновываю следующими важными, на мой взгляд, причинами:

- возможностью самостоятельного изготовления изделия;

- доступностью инструментов;

- доступность материалов для изготовления изделия;

- объем работы над объектом мне понятен и интересен;

- инновационная идея.

Основные этапы выполнения проекта

• выбор варианта конструкции принтера;

• приобретение электронных компонентов;

• изготовление деталей из АВС пластика на принтере «Альфа»;

• приобретение механических деталей;

• разработка монтажной схемы конструктора;

• разработка принципиальной схемы соединения всех взаимодействующих электронных узлов;

• сборка механических и пластиковых деталей в узлы;

• финишный монтаж основных узлов 3д принтера -конструктора;

1. Сборка несущей рамы, с установкой шаговых двигателей осей «Z»

В механической части использованы:

- линейные направляющие Д=8 мм - 6шт,

- линейные подшипники LM8UU 8 мм - 6 шт,

- подшипники для натяжителей ремня 608ZZ,

- шкивы G2 20 зубов,

- ремни G2 шириной 6 мм, длина в зависимости

от глубины и ширины области печати;

- алюминиевые профили, болты, гайки и шпильки Д=6 мм.

2. Подключение концевых выключателей, шаговых двигателей.

3. Установка нагревательного элемента по уровню

4. Финишная сборка компонентов юстировка по уровням.

5. Сборка экструдера.

6. Электронные компоненты

Описание результатов проекта

В ходе работы над проектом:.

- изучены модификации существующих на рынке домашних 3д принтеров;

- рассмотрены варианты программного обеспечения и выполнен их выбор

- изготовлены на промышленном 3д принтере АЛЬФА сборочные детали из ABS;

- приобретены двигатели, экструдеры и комплектующие элементы;

- выполнена сборка экструдера;

- разработана принципиальная электрическая схема соединения всех взаимодействующих электронных узлов;

- выполнен монтаж механических пластиковых узлов 3д принтера;

- выполнен монтаж электронных компонентов;

- выполнена схема подключения платы управления (прокладка кабеля), блока питания и шаговых двигателей.

Технические характеристики 3D принтера-конструктора

  Габаритные размеры 3Dпринтера 480х440х420 мм
Вес 9 кг
Тип корпуса открытый
Область печати 215х215х170 мм
Тип стола нагреваемый
Количество экструдеров 1 шт.
Диаметр сопла экструдера 0,26 мм
Скорость печати 60 мм/с
Минимальная толщина слоя 0,1 мм
Минимальная толщина стенки 0,4 мм
Технология печати FDM
Программная среда собственной разработки
Поддерживает форматы STL, OBG
Совместимость с программными оболочками Windows, Linux, Mac

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

• Общие затраты на приобретение комплектующих изделий и сборку составили – 20 000 рублей

• Экономия расходов –24 000 рублей

• Выводы. Проект решения

Чистый эффект от внедрения составит 24 тыс. рублей, данная сумма не превышает стоимость аналогичного изделия на рынке, и даже ниже, что говорит о целесообразности его производства. 

Меры безопасности

Используйте 3D принтер только в стандартных сетях переменного тока 220 В.

 Не используйте принтер с поврежденным или не оригинальным кабелем питания.

 Работа принтера сопряжена с высокими температурами и вращающимися механизмами,

 Не допускается использование принтера детям без присмотра квалифицированных взрослых. Не приближайтесь к принтеру с: длинными распущенными волосами, галстуками, наушниками и т.д. Во избежание попадания этого в движущиеся и вращающиеся элементы принтера! Не прикасайтесь к принтеру во время печати во избежание ожогов и повреждений.

 Печатающий стол во время печати может достигать температуры 110 С, экструдер (печатающая головка) – 270 С. Принтер должен стоять на ровной устойчивой поверхности, вдали от легковоспламеняющихся веществ, открытого огня, источников воды, увлажнителей

Область применения

3D принтер-конструктор позволяет быстро с наименьшими затратами идею, превратить в реальность.

Результат проекта - инструмент проникновения в тайны технического творчества, развития интереса к механике, электронике, программированию, прототипированию простых и сложных объектов.

Используемая литература

1.3dplemya.ru/3d-printery

2.https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер

3. make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/