Kossel三角洲結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)-final

1、.“安徽合力杯”安徽工程大學(xué)大學(xué)生機(jī)械、電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽Kossel三角洲結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)研 究 報(bào) 告申報(bào)單位： 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院目錄Kossel三角洲結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)1第1章 緒論31.1引言31.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究31.3設(shè)計(jì)意義4第2章 模型切片軟件SLIC3R52.1功能介紹52.2開發(fā)平臺(tái)52.3路徑算法52.4用戶界面10第3章 打印參數(shù)及監(jiān)管系統(tǒng)PRINTRUN143.1功能介紹143.2開發(fā)平臺(tái)153.3用戶界面15第4章 自動(dòng)打印機(jī)194.1機(jī)械結(jié)構(gòu)194.2控制器部分26第1章 緒論1.1引言3D 打?。?D printing，又稱三維打?。┦且?種 快 速成 形

2、 技術(shù)，它 以 數(shù) 字化 模 型 為基 礎(chǔ)，運(yùn) 用粉 末 狀 金 屬 或 塑 料 等 可 粘合材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體。 由于其在制造工藝方面 的 創(chuàng) 新，被 認(rèn) 為 是“第 三 次 工業(yè) 革 命 的 重 要 生 產(chǎn) 工 具”。3D 打印技術(shù)早在 20 世紀(jì) 90 年代中期就已出現(xiàn)1，但由于 價(jià)格昂貴，技術(shù)不成熟，早期并沒有得到推廣普及。 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，該技術(shù)已更加?jì)故?、精確，且價(jià)格有所降低。 目前，3D 打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到許多學(xué)科領(lǐng)域，工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師利用 3D 打印將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換為原型并測(cè)試； 外科醫(yī)生使用3D 打印制作器官模型以協(xié)助策劃復(fù)雜的手術(shù)方案；考古學(xué)家和博物館

3、的技師利用 3D 打印制作珍貴文物的復(fù)制品，并在此基礎(chǔ)上開展研究1，這樣的創(chuàng)新應(yīng)用正不斷進(jìn)入大眾的視野。而本設(shè)計(jì)正式基于這樣的考慮，致力于打造價(jià)格低廉，維護(hù)方便，使用簡(jiǎn)潔的桌面級(jí)3D打印機(jī)。3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn) CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究1.2.1國(guó)際發(fā)展經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術(shù)有了長(zhǎng) 足

4、的進(jìn)步，目前已經(jīng)能夠在0.01mm的單層厚度上實(shí) 現(xiàn)600dpi的精細(xì)分辨率。目前國(guó)際上較先進(jìn)的產(chǎn)品 可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25mm厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn)24 位色彩的彩色打印。目前，在全球3D打印機(jī)行業(yè)，美國(guó)3D Systems 和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場(chǎng) 份額。此外，在此領(lǐng)域具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和特色的 企業(yè)/研發(fā)團(tuán)隊(duì)還有美國(guó)的FabHome和Shapeways、 英國(guó)的Reprap等。 3D Systems公司是全世界最大的快速成型設(shè)備 開發(fā)公司。于2011年11月收購(gòu)了3D打印技術(shù)的最早發(fā)明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之 后，3D Systems奠定

5、了在3D打印領(lǐng)域的龍頭地位。 Stratasys公司2010年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公 司簽訂了OEM合作協(xié)議，生產(chǎn)HP品牌的3D打印機(jī)。 繼2011年5月收購(gòu)Solidscape公司之后，Stratasys 又于2012年4月與以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商 Objet宣布合并。當(dāng)前，國(guó)際3D打印機(jī)制造業(yè)正處 于迅速的兼并與整合過程中，行業(yè)巨頭正在加速 崛目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形 成了成功的商用模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和 汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成 本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜 而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域 是個(gè)性化消費(fèi)

6、品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司 Quirky通過在線征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以3D打印技 術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過電子市場(chǎng)銷售，每年能夠推 出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬美元。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)多所高校開展了3D 打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理 論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科 研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面 有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料； 西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開發(fā) 了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到0.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射0.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八

7、噴頭組合噴射 裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但 總體而言，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還 有較大差距。近年來，國(guó)內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立 德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī) 的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外 歸國(guó)團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國(guó)外廠商同 類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)在打 印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還 難以滿足商用的需求，技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升。 在服務(wù)領(lǐng)域，我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用 進(jìn)口3D打印設(shè)備開展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其 服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、服務(wù)范圍涉及到模具制作

8、、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、 文物復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。與內(nèi)地相比，我國(guó)港臺(tái)地區(qū) 3D打印技術(shù)引入起步較早，應(yīng)用更為廣泛，但港臺(tái) 主要著重于技術(shù)應(yīng)用，而非自主研發(fā)。1.3設(shè)計(jì)意義目前在國(guó)際和國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)都在如火如荼的發(fā)展，但是現(xiàn)在桌面級(jí)的3D打印機(jī)的價(jià)格雖然有了一定的降低，但是仍不能滿足一些普通個(gè)人的消費(fèi)需求。而且現(xiàn)在市面上的桌面級(jí)3D打印機(jī)使用普遍存在打印設(shè)置復(fù)雜，需要專業(yè)的操作技巧，以及維護(hù)不便，在更換器件的時(shí)候需要進(jìn)行整體拆卸。不適合一般家庭和個(gè)人的使用和維護(hù)，更不利于創(chuàng)造力的有力實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)針對(duì)以上這些缺點(diǎn)，選用更加常用的材料和方法，使得打印機(jī)的價(jià)格由原來5000元左右降低到2000元。而且更換

9、部件更加簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行打印機(jī)的整體拆卸。這樣就會(huì)減少維護(hù)的成本和時(shí)間，使創(chuàng)造力得到更好的發(fā)揮。1.4報(bào)告章節(jié)安排第1章 ：講述了設(shè)計(jì)的背景，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)象和設(shè)計(jì)意義。第二章：模型切片軟件。第三章：打印參數(shù)控制及監(jiān)管系統(tǒng)。第四章：自動(dòng)打印機(jī)。第2章 模型切片軟件SLIC3R2.1功能介紹Slic3r 是目前廣為使用的轉(zhuǎn)換軟體，用來把stl 格式的3D 模型檔案，轉(zhuǎn)換成3D 印表機(jī)使用的G-code 檔案。 進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前，有許多參數(shù)需要校正、調(diào)整，才能讓3D 列印順利進(jìn)行。 2.2開發(fā)平臺(tái)Slic3r為了能夠卡平臺(tái)使用，使用了perl腳本語言開發(fā)。Perl 最初的設(shè)計(jì)者為拉

10、里·沃爾（Larry Wall），他于1987年12月18日發(fā)表。Perl借取了C、sed、awk、shell scripting以及很多其他程序語言的特性。其中最重要的特性是它內(nèi)部集成了正則表達(dá)式的功能，以及巨大的第三方代碼庫(kù)CPAN。簡(jiǎn)而言之，Perl像C一樣強(qiáng)大，像awk、sed等腳本描述語言一樣方便，被稱之為“一種擁有各種語言功能的夢(mèng)幻腳本語言”、“Unix 中的王牌工具”。 Perl 一般被稱為“實(shí)用報(bào)表提取語言”（Practical Extraction and Report Language），你也可能看到“perl”，所有的字母都是小寫的。一般，“Perl”，有大寫的

11、 P，是指語言本身，而“perl”，小寫的 p，是指程序運(yùn)行的解釋器。1987年Larry Wall發(fā)行Perl1.0以來，用戶數(shù)一直急劇增加，同時(shí)越來越多的程序員與軟件開發(fā)者（商）參與Perl的開發(fā)。從最初被當(dāng)做一種跨平臺(tái)環(huán)境中書寫可移植工具的高級(jí)語言開始，Perl被廣泛地認(rèn)為是一種工業(yè)級(jí)的強(qiáng)大工具，可以在任何地方用來完成你的工作。perl的前身是Unix系統(tǒng)管理的一個(gè)工具，被用在無數(shù)的小任務(wù)里。后逐漸發(fā)展成為一種功能強(qiáng)大的程序設(shè)計(jì)語言，用作Web編程、數(shù)據(jù)庫(kù)處理、XML處理以及系統(tǒng)管理；在完成這些工作時(shí)，同時(shí)仍能處理日常細(xì)小工作，這是它的設(shè)計(jì)初衷。Perl特別適合系統(tǒng)管理和Web編程。實(shí)際

12、上已經(jīng)被用在所有Unix(包括Linux)捆綁在一起作為標(biāo)準(zhǔn)部件發(fā)布，同時(shí)也用在Microsoft Windows和幾乎其他所有操作系統(tǒng)。Perl的應(yīng)用很廣泛，依靠Perl工作更容易、更有效。2.3路徑算法打印機(jī)的路徑算法是評(píng)價(jià)一款切片軟件好壞的重點(diǎn)，Slic3r支持多種路徑算法。Infill pattern: Line (344.51mm / 5m:20s)Rectilinear（繞直線）填充：Infill pattern: Rectilinear (350.57mm / 5m:23s)Concentric（同心）填充：Infill pattern: Concentric (351.80mm

13、 / 5m:30s)Honeycomb（蜂窩）填充：Infill pattern: Honeycomb (362.73mm / 5m:39s)Hilbert Curve（希爾伯特曲線）填充：Infill pattern: Hilbert Curve (332.82mm / 5m:28s)Archimedean Chords（阿基米德和鉉）填充：Infill pattern: Archimedean Chords (333.66mm / 5m:27s)Octagram Spiral(八角星螺旋)填充：Infill pattern: Octagram Spiral (318.63mm / 5m:1

14、5s)某些特定的模型更適合特定的填充模式，例如有機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的部件，下圖所示。采用蜂窩填充模式更合適這個(gè)模型，因?yàn)樗诿恳粚拥膱D案對(duì)接著六角拷，這樣可以形成很強(qiáng)大的垂直結(jié)構(gòu)。左邊蜂窩模式，右邊直線模式 大多數(shù)模型只需要低密度的填充，50%就可以產(chǎn)生一個(gè)非常緊密的模型。還有10%和30%是常見的密度比例，這個(gè)要根據(jù)模型的需求來決定選用哪個(gè)密度最好。下圖顯示隨著密度增加圖案的變化。從左到右分別是20%，40%，60%，80%填充優(yōu)化Infill every n layers(填充每n層) 將垂直填充跳過n層，產(chǎn)生稀疏。這樣可以加快打印速度，缺失幾層沒有填充是可以接收的。Only infill

15、where needed (智能填充) Slic3r將分析模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)并選擇支撐內(nèi)部的天花板結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，用于減少打印時(shí)間和材料。Solid infill every n layers (每n層可靠填充) 強(qiáng)制在每n層做可靠填充，設(shè)置0表示禁止使用。Fill angle(填充角度) 默認(rèn)填充使用45度角，這樣可以給填充的模型最好的粘附力，同時(shí)可以抵抗來自相鄰周邊的壓力。一些模型可能需要調(diào)整角度以確保最優(yōu)的擠壓方向。Solid infill threshold area (臨界區(qū)域的可靠填充) 模型里面的小范圍區(qū)域通常被完全填充以提供結(jié)構(gòu)完整性。但是會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和耗材，調(diào)整這個(gè)選項(xiàng)來平衡這些

16、需求。Only retract when crossing perimeters（在跨越周邊時(shí)適當(dāng)回縮） 回絲，防止溢出泄漏。但擠出頭的運(yùn)動(dòng)還在邊界里面是不必這樣的。應(yīng)該小心材料擠出過度而回縮不夠?qū)е潞牟臄D出過多對(duì)后面打印造成的影響。現(xiàn)代的3D打印機(jī)材料很少遇到如此極端的溢出泄漏問題了。Infill before perimeters(在打印周邊之前打印填充) 顛倒順序的打印，通常情況下是先打印周邊再填充。Length (長(zhǎng)度) 回縮的長(zhǎng)度，單位mm。注意，測(cè)量的長(zhǎng)度是取耗材進(jìn)入擠出機(jī)的長(zhǎng)度。通常建議使用1-2mm。Bowden擠出機(jī)可能需要4-5mm，因?yàn)橛兴土瞎堋ift Z (抬高Z軸)

17、 在每個(gè)空程中抬高整個(gè)擠出機(jī)在Z軸上的距離。為確保打印絲不流出鋪在模型上這個(gè)是有用的，但是通常是沒有必要的，這樣將會(huì)降低打印速度，這個(gè)只通常設(shè)置0.1mm就足夠了。Speed(速度) 擠出機(jī)電機(jī)抽回打印絲的速度。這個(gè)速度應(yīng)當(dāng)設(shè)置為擠出機(jī)能夠處理的最快速度。2.4用戶界面2.4.1版權(quán)聲明2.4.2整體界面切換到專家模式2.4.3參數(shù)設(shè)置3D列印機(jī)設(shè)定Bed size:工作平臺(tái)的大小，這個(gè)設(shè)定只用來調(diào)整預(yù)覽圖的繪制。 Print center:工作平臺(tái)的中央位置。 這個(gè)比較重要，一定要設(shè)對(duì)。 3D模型在工作平臺(tái)上位置，會(huì)以這個(gè)點(diǎn)為中心。 Z offset: Z軸高度微調(diào)。 建議維持零就好。 Z軸

18、的高度需要直接在印表機(jī)機(jī)構(gòu)上做仔細(xì)的調(diào)校。 G-code flavor:控制板使用Marlin韌體的話，請(qǐng)選擇RepRap Use relative E distances:如果控制板的擠出機(jī)，使用絕對(duì)位置的位置表示方法，請(qǐng)勾選這個(gè)項(xiàng)目。 Marlin 用戶不要勾選。 Extruders: 擠出頭數(shù)量Vibration limit:震動(dòng)限制。 在某些列印行程中，擠出頭會(huì)來回?cái)[動(dòng)。 當(dāng)擺動(dòng)頻率過高，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，可能會(huì)造成機(jī)器嚴(yán)重?fù)u晃， 甚至掉落到地面 。 如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器有劇烈震動(dòng)，可以考慮在這邊限制擠出頭來回?cái)[動(dòng)的頻率。 2.4.4自定義G-code2.4.5擠出頭設(shè)定Nozzle diamete

19、r:擠出孔直徑。 (層高設(shè)定若大于擠出孔孔徑，將會(huì)導(dǎo)致切片失敗。Position(for multi-extruder printers)多擠出頭需要設(shè)定擠出頭離擠出機(jī)構(gòu)中心位置的偏移距離。 Extruder offset:擠出頭離擠出機(jī)構(gòu)中心位置的偏移距離。 Retraction回抽。 當(dāng)擠出頭要結(jié)束一條線段的時(shí)候，要將塑料用相當(dāng)?shù)乃俣瘸榛?，讓擠出的塑料跟留在擠出頭內(nèi)的塑料斷開，避免抽絲的現(xiàn)象。 Length:回抽的距離 Lift Z:抬高Z軸，幫助斷料。 也可以減少擠出頭移動(dòng)時(shí)和工件碰撞的機(jī)會(huì)。 Speed:回抽的速度。 Extra length on restart:當(dāng)重新進(jìn)料的時(shí)候，擠

20、出機(jī)會(huì)將抽回的塑料預(yù)先擠回。 但是有時(shí)候仍然沒辦法保證擠出頭可以在新線段的一開頭就正常擠出塑料。 Extra length 可以幫助校正擠出頭，讓他在線段的最開頭就擠出塑料。 建議在發(fā)現(xiàn)無法及時(shí)出料的時(shí)候再回頭校正這個(gè)參數(shù)。 過長(zhǎng)的Extra length 會(huì)使線段的開頭擠出過多的塑料。 Minimum travel after retraction:當(dāng)上一個(gè)線段的結(jié)束點(diǎn)距離下一個(gè)線段的結(jié)束點(diǎn)，不到這個(gè)距離的時(shí)候，不會(huì)執(zhí)行回抽。 建議用預(yù)設(shè)值就好。 Retraction on layer change:當(dāng)結(jié)束一層的列印后，執(zhí)行回抽。 建議開啟。 Retraction when tool is

21、disabled：當(dāng)擠出機(jī)被關(guān)閉之前，進(jìn)行回抽。 這個(gè)動(dòng)作可以避免塑料在喉管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，受到加熱而膨脹，阻礙下一次工作的進(jìn)行。 Length:回抽長(zhǎng)度。 Extra length on restart: 回抽后再重新擠料時(shí)，理論上只要擠跟回抽相同的距離，塑料就應(yīng)該被推回到回抽前的位置。 但是實(shí)際上塑料會(huì)有點(diǎn)來不及就定位，造成列印線段的最開頭處沒有塑料。 像下圖中轉(zhuǎn)角處塑料空缺的狀況。 Extra length on restart會(huì)在重新擠料之前額外擠出一些塑料，填補(bǔ)這來不及定位的塑料空缺。 2.4.6Infill 內(nèi)部填充Fill density:內(nèi)部填充的密度，1是指完全填滿，0是完全不

22、填。 一般使用0.20.4。 Fill pattern: 內(nèi)部填充的型態(tài)，有七種可供選擇。 Top/bottom fill pattern: 頂面、底面填滿時(shí)使用的型態(tài)。 有五種可以選擇。 AdvancedInfill every n layers:每n層才做一次填充。 一般每一層都做填充，效果會(huì)比較好。 Only infill where needed:只填充頂面需要支架的區(qū)域。 Solid infill every n layers:內(nèi)部填充，每n層就做一層完全填滿。 可以增加強(qiáng)度，但非必要。 Fill angel:填充圖型旋轉(zhuǎn)的角度。 Solid infill threshold are

23、a:當(dāng)切面面積小于這個(gè)值的時(shí)候，強(qiáng)迫以全滿的方式進(jìn)行填充。 Only retract when crossing perimeters:當(dāng)填充的線段需要跨過模型周圍時(shí)，才進(jìn)行回抽。 Infill before perimeters:每一層，先進(jìn)行填充，再畫外緣。 第3章 打印參數(shù)及監(jiān)管系統(tǒng)PRINTRUN3.1功能介紹Printrun是一款G-code打印控制工具合集，它包括3個(gè)組件，其中printcore是G-code發(fā)送控制核心，pronsole是命令行界面下的控制程序，pronterface是圖形界面的控制程序。Printrun能夠?qū)⒔馕龅降腉-code的代碼發(fā)送到自動(dòng)打印平臺(tái)上，并且能

24、夠控制打印機(jī)效應(yīng)器的移動(dòng)速度，以及擠出機(jī)的抽絲速度，同時(shí)能夠調(diào)控?cái)D出頭的溫度和加熱盤的溫度，通過對(duì)這些參數(shù)的調(diào)節(jié)能夠使打印達(dá)到更好的表面平滑度和精度。3.2開發(fā)平臺(tái)同樣為了達(dá)到多平臺(tái)和重用性的目的，該軟件使用了python語言以及python-Qt組件開發(fā)。Python（英國(guó)發(fā)音：/pan/ 美國(guó)發(fā)音：/pan/），是一種面向?qū)ο?、直譯式的電腦編程語言，具有近二十年的發(fā)展歷史。它包含了一組功能完備的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，能夠輕松完成很多常見的任務(wù)。它的語法簡(jiǎn)單，與其它大多數(shù)程序設(shè)計(jì)語言使用大括號(hào)不一樣，它使用縮進(jìn)來定義語句塊。與Scheme、Ruby、Perl、Tcl等動(dòng)態(tài)語言一樣，Python具備垃圾回收

25、功能，能夠自動(dòng)管理內(nèi)存使用。它經(jīng)常被當(dāng)作腳本語言用于處理系統(tǒng)管理任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)程序編寫，然而它也非常適合完成各種高級(jí)任務(wù)。Python虛擬機(jī)本身幾乎可以在所有的作業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)行。使用一些諸如py2exe、PyPy、PyInstaller之類的工具可以將Python源代碼轉(zhuǎn)換成可以脫離Python解釋器運(yùn)行的程序。Python的官方解釋器是CPython，該解釋器用C語言編寫，是一個(gè)由社區(qū)驅(qū)動(dòng)的自由軟件，目前由Python軟件基金會(huì)管理。Python支持命令式程序設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、函數(shù)式編程、面向側(cè)面的程序設(shè)計(jì)、泛型編程多種編程范式。Python本身包含的Tkinter庫(kù)能夠支持簡(jiǎn)單的GUI開發(fā)

26、。但是越來越多的Python程序員選擇wxPython或者PyQt等GUI包來開發(fā)跨平臺(tái)的桌面軟件。使用它們開發(fā)的桌面軟件運(yùn)行速度快，與用戶的桌面環(huán)境相契合。通過PyInstaller還能將程序發(fā)布為獨(dú)立的安裝程序包。本軟件就是采用PyQt的GUI包來進(jìn)行界面化開發(fā)。PyQt是Python語言的GUI編程解決方案之一?？梢杂脕泶鍼ython內(nèi)置的Tkinter。其它替代者還有PyGTK、wxPython等。與Qt一樣，PyQt是一個(gè)自由軟件。PyQt是PyKDE的基礎(chǔ)。PyQt的開發(fā)者是英國(guó)的“Riverbank Computing”公司。與4.5版本之前的Qt一樣，它提供了GPL與商業(yè)協(xié)議

27、兩種授權(quán)方式，因此它可以免費(fèi)地用于自由軟件的開發(fā)。不過目前尚不提供LGPL授權(quán)方式。PyQt可以運(yùn)行于Microsoft Windows、Mac OS X、Linux以及Unix的多數(shù)變種上。2009年8月，Qt的開發(fā)公司諾基亞發(fā)布PySide，提供與PyQt類似的功能，但提供了LGPL授權(quán)。主要原因是“Riverbank Computing”不愿以LGPL授權(quán)發(fā)布PyQt。2自4.5版本以后3，PyQt同時(shí)支持Python 2.x與Python 3.x。但是在API方面有所區(qū)別，最主要的是運(yùn)行在Python 3.x下的PyQt不使用QString，而是str。另外，之前為了避開Python

28、2.x關(guān)鍵詞限制的exec_()、print_()兩個(gè)函數(shù)現(xiàn)在重命名為exec()，print()。3.3用戶界面3.3.1整體界面1菜單欄4電機(jī)設(shè)置7擠出機(jī)控制10自定義快捷鍵2串口設(shè)置5控制盤8溫度監(jiān)視區(qū)11實(shí)時(shí)信息顯示窗口3快捷鍵6溫度設(shè)置9當(dāng)前打印模型區(qū)12命令輸入窗口1菜單欄File中的菜單：Open：打開G-code文件；RecentFile:Clearconsole:Exit：退出。Tools菜單：Edit：編輯已導(dǎo)入的G-code文件的代碼。Plater：G-CodePlater：Excluder：Projector：M.MM1 Setting中的菜單：Macros：

29、一些代碼的設(shè)置。Options：M.MM2 SlicingSetting：點(diǎn)擊會(huì)打開一個(gè)Slice3r軟件，我們一般用單獨(dú)的Slice3r；DebugG-code：調(diào)試G-code。2串口設(shè)置：Port：設(shè)置端口，USB連接打印機(jī)之后，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊Port按鈕即可自動(dòng)尋找到現(xiàn)有的端口；再往右邊的是波特率的選擇，reprap打印機(jī)使用115200；Connect：完成Port的設(shè)置，點(diǎn)擊此按鈕，即可成功連接打印機(jī)；3快捷鍵Reset：重置打印機(jī)；LoadFile：將G-code文件導(dǎo)入，上圖便是導(dǎo)入后的界面（圖10種黑色是實(shí)體）；SD：選擇OrmerodSD卡中的文件，一般是進(jìn)行測(cè)試；

30、Print：設(shè)置完成后，點(diǎn)擊此按鈕即可開始打?。籔ause：暫停；Recover：從Pause中恢復(fù)；4電機(jī)設(shè)置從左到右分別是“關(guān)閉電機(jī)”、“X、Y軸移動(dòng)速度”、“Z軸移動(dòng)速度”?！瓣P(guān)閉電機(jī)”按鈕：可以解除電機(jī)鎖定，默認(rèn)情況下XYZ軸在不移動(dòng)時(shí)步進(jìn)電機(jī)處于鎖定狀態(tài)，即外力不可以隨意移動(dòng)各軸?！癤、Y軸移動(dòng)速度”輸入框：可以設(shè)置在下方操作盤中控制XY軸時(shí)的移動(dòng)速度?！癦軸移動(dòng)速度”輸入框：可以設(shè)置在下方操作盤中控制Z軸時(shí)的移動(dòng)速度。5控制盤控制XYZ三軸向的前進(jìn)、后退，移動(dòng)距離分為：0.1、10、100mm；控制盤四個(gè)角上“小房子”的標(biāo)志，分別指回到X軸、Y軸、Z軸、XYZ軸的原點(diǎn)；6溫度設(shè)置設(shè)

31、定打印機(jī)“噴頭”和“熱床”的溫度，“set”是設(shè)定溫度；“off”是關(guān)閉加熱。7擠出機(jī)控制設(shè)定打印材料擠入噴頭和回抽的長(zhǎng)度和速度。（注：只有當(dāng)擠出機(jī)溫度達(dá)到最低擠出溫度時(shí)該命令才會(huì)執(zhí)行，默認(rèn)最低180°）8溫度監(jiān)視區(qū)選中“watch”后單擊“chectemp”按鈕開始實(shí)時(shí)顯示的熱床和噴頭的溫度。9當(dāng)前打印模型區(qū)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前打印模型的軌跡，單擊此區(qū)域，用滾輪查看每一層的軌跡。10自定義快捷鍵可以將常用命令設(shè)置成快捷按鍵。11實(shí)時(shí)信息顯示窗口實(shí)時(shí)顯示打印機(jī)狀態(tài)信息及操作命令回執(zhí)信息。12命令輸入窗口控制打印機(jī)的G-coder代碼輸入框，可完成所有打印機(jī)的控制操作。 第4章 自動(dòng)

32、打印機(jī)自動(dòng)打印機(jī)是整個(gè)打印系統(tǒng)中的主體，負(fù)責(zé)將打印材料成形為要打印的物品，同時(shí)也是整個(gè)打印系統(tǒng)中復(fù)雜度最高，難度最大的部分。整個(gè)自動(dòng)打印機(jī)可以分為，機(jī)械部分，傳動(dòng)部分，和控制部分。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)，承擔(dān)了整體的外形，以及穩(wěn)定性的要素。傳動(dòng)部分，負(fù)責(zé)將步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的步長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化為效應(yīng)器的移動(dòng)和打印熔絲的擠出。電路不同對(duì)打印的溫度和步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)打印過程的自動(dòng)化。4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)下面四張圖片中分別展示了3D打印機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)。其中圖1為主視圖，圖2為俯視圖，圖3為左視圖，圖4為立體全圖。下面根據(jù)如下三張圖介紹kossel打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。1）kossel結(jié)構(gòu)的主體是由13根國(guó)標(biāo)2020鋁

33、合金組成，尺寸是24cmX9根；60cmX3根。其中腳架連接結(jié)構(gòu)為3D打印機(jī)使用PLA材料打印。其中角連接架如圖所示。2）角連接器：共需要9件，用于國(guó)標(biāo)2020鋁合金的連接。3）終點(diǎn)觸發(fā)器和輕觸開關(guān)，用來判斷滑車是否移動(dòng)到終點(diǎn)位置。4）安裝上齒輪的角連接器。上圖為頂點(diǎn)連接。5） 滑車部分，由兩個(gè)模塊組成，其中1為背部連接塊用來限定在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)。2為滑車連接件用來接連皮帶和連接桿。其中左右兩個(gè)堆成的凹槽是用來安放強(qiáng)磁磁體。6）效應(yīng)器：打印機(jī)的移動(dòng)部分，其中安放有擠出頭和風(fēng)扇，用來進(jìn)行溫度的調(diào)控和熔絲的擠出和成形。7） 皮帶的安裝，由圖中能夠看到步進(jìn)電機(jī)和滑塊的連接方式。8） 效應(yīng)器的連接方式。4.2控制器部分4.2.1溫度控制回路（1） 打印耗材的選用為了實(shí)現(xiàn) 3D 打印機(jī)的功能，所選材料也很重要。既要由較低的熔點(diǎn)，也要有較好的粘滯性，同時(shí)也需要快速成型。綜合考慮，我們最終選擇了 PLA/ABS 耗材。PLA ：聚乳酸（H-OCHCH3COn-OH）的熱穩(wěn)定性好，加工溫度 170 230，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸， 注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，光華偉業(yè)開發(fā)的聚乳酸（PLA）還具有一定的抗菌性、阻燃性 和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝（內(nèi)