基于教学使用的FDM型3D打印机制作
摘 要：3D打印技术理论与实践的结合应通过有效载体进行推广。从FDM型选择、理论学习与研究、样机设计与制作，总结了3D打印技术应用于教学使用过程中的理论、实验，以及制作可行性，满足课堂教学、实验实践的需求，有利于3D打印技术在高校的学习推广。
关键词：FDM型3D打印机;制作;教学
1 绪论
随着我国工业发展要求的不断提升，3D技术已逐步受到社会和高校科研师生的关注。全国第九届大学生结构设计大赛分赛段装配式桥梁结构模型制作，明确进行了应用3D打印机虚拟制作环节;3D动力大赛机械产品赛事也逐步从模拟三维造型向3D打印实物要求逼近，等等。[1]
本文项目研究组初衷是基于教学研全方位了解、认知一台3D打印FDM型机器。随着项目进程的不断学习和参加创新活动不断深入，也越发体验到制作和运行机器，对复杂的3D打印知识掌握具有非常直观有效的学习作用，更具有在大学生开展3D打印教学研初级阶段快速掌握基本知識框架的现实意义。
2 3D打印FDM型选择
FDM全称Fused Deposition Modeling，即熔融沉积成型技术，其工作过程为：计算机建模后，转换输入打印机控制器，控制器协同打印机喷头，将丝状材料融化喷出，根据喷头与工作台、步进电机等协同，层层打印形成三维实体。
选择FDM型一方面根据大学生教学使用，它具有设备成本低、原料高效无污染、器械及试验轻便等优点;一方面是3D打印领域其它类型选择所需投入机器成本、场地和环境要求等，高校教学或大学生创新实践都不能较好适应。
当前市场和高校的3D打印机，FDM型常见主要类型有三种：三角洲3D打印机、i3打印机、Makerbot 3D 打印机。[3]根据教学使用为出发点，每种打印机都在设计方面具有自身独特的优势，但也存在其教学研究等领域狭小的不足。因此，综合各打印机情况，创新开发具有自身特点的教学多用途打印机变得尤为重要。本文项目研究组通过调研与研讨，制作一台基于教学使用的FDM型3D打印机作为课题项目进行了组队研发。
3 教学使用FDM型3D打印机结构设计
一台机电产品都有自身通用的要求，包括框架安全性能、传动动力控制、打印控制系统、喷头平台设计等。经调研与研讨，FDM成型要求所具备的传动动力、传动方式、运动方式等，在三角洲3D打印机、i3打印机、Makerbot 3D 打印机上都根据自身结构特点选择了适合的方式呈现，其最大区别在于运动方式的不同而对其进行了区分。
从教学使用和打印实践来看，本次设计一方面要尝试传动方式的改变，由带传动改为齿传动;另一方面要尝试在打印实践方面改进打印精度，进行喷头装置控制配合的新方法。
3.1 外支撑框架设计
熔融沉积打印机有很多种类型，其中最常见的有两种类型[4]：
类型1：笛卡尔3D 打印机
它由三个导轨组成，沿着笛卡尔平面的轴线运动。选择控制笛卡尔3D 打印机的运动是相当简单的机械和软件，因为只有沿着轴线直线运动。现在市场上的3D 打印机大多数使用笛卡尔系统。
类型2：Delta 3D 打印机
它通常由三垂直导轨组成，其运动是通过他们上下移动的。它们直立在三角形结构中。挤出机连接到这些导轨与三臂，由于运动比较复杂，因此很难以找到打印机的头部位置。Delta 打印机在业界和3D 打印消费群体中越来越受欢迎，这是因为这种打印机可以更快的打印模型，而且比笛卡尔坐标的打印机更加紧凑。
在参考两种类型结构的基础上，团队调研研讨构架出设计三维如图1示。
三维构图3.1两个立起来的丝杠是我们所使用笛卡尔坐标系中的Z轴，另外一个丝杠就是Y轴，从这两个轴建成一个平面，把喷头运动方向建为X轴并垂直于Z轴，这样笛卡尔坐标就构建完成，外支撑框架设计构图完成。
3.2 喷头平台设计
由熔融沉积打印机的原理可知，它是由熔丝慢慢的挤出，然后一层一层的堆积成型，熔融沉积打印机可以通过降低层高和使用直径较小的喷嘴，在一定程度上提高精度。虽然这些方法提高了精确度，打印表面还是有不平行的问题出现。[5]并且在打印过程中，当改进精确度时，打印机是通过降低层高度或使用喷嘴直径越小，零件的打印时间就会延长。综上所述，利用一杆多喷头的方法，从而达到每次挤出都会变小，减少每一层的间隙，得到精度的提高;多喷头工作减少时间消耗，喷头平台设计雏形完成(见图2)。
3.3 传动动力控制设计
与传统动力控制不同，本次3D打印机动力控制主要采用步进电机控制所有的轴和挤出机。从动力学来看，步进电机需要完成轴运动和挤出机喷头两个运动，因此需要选择两个电机，或进行理论与实验选择一个电机。
步进电机是由一个多齿的磁性齿轮驱动的，在定子中有装有相应齿的电磁铁连接到马达的转子。轴运动阶段的拉扯和推挤，选择适合齿轮的牙以不同的力，得到多个齿步就可完成。而挤出机所连接的喷头就需要配合喷头运动进行实验完成匹配。
选择挤出机的步进电机还需要考虑所用喷嘴的直径。通过理论研讨和实验设计，我们找到了比较符合的三种步进电机，这三种电机的型号为JK42HS34.1334A、SM.42BYG011.25、42BYGHM809，根据线材向下运动要考虑到步进电机的步进角，还有扭矩，团队实验后数值如下表所示。
根据上表实验数据，结合选择喷嘴的直径和控制软件，型号为SM.42BYG011.25的步进电机最符合整体设计所需。
3.4 打印控制系统
本次设计教学使用的3D打印机FDM型起初选择了市场较为稳定的Mega 2560控制板，但鉴于多喷头兼容性及后期扩容等实际问题，样机改选为RepRap 奥梅罗德使用的一个开源的控制器板Arduino 的微型控制器与四A4892 步进驱动器，该控制系统传输是以以太网、高速 SD 卡插槽、高电流 PWM，12A 35v 直流电源输入和其他组件兼容，这样A4892 步进驱动器进入1/16 微步，提供了更高精度。
3.5 样机组装
本文项目研究组所呈现的是一台基于教学使用的3D打印FDM型样机设计，打印材料使用PLA;该打印机主要由控制板、打印驱动及电机单元、机械运动单元、打印喷头、反馈检测单元、打印零件分层程序等组成;该打印机可以用来制作模型及机械等各种零部件。
(1)主要设计参数：
工艺选用：FDM
外框尺寸：400*400*360
工作尺寸：200*200*150
打印喷头：单打印头
耗 材：PLA
(2)重要組装及原因分析：样机框架材料采用用的是2020的铝型材，使用2020铝型材是因为此型材的承重和3D打印机外框的安装是最合理的型材;打印平面采用的是200*200*150的打印空间，外框材料尺寸选择了400mm长的铝型材两个，360mm长的铝型材两个，组装为400*400的3D打印机的平面支架;在360mm的两铝型材上安装T型立式铝合金支架用来支撑Y轴，Y轴的运动路线和距离就确定了;在400*400的平面支架上的400mm的铝型材上还要安装两个Z轴的电机支架，样机组装后如图3所示。
4 制作中遇到的困难
制作教学使用的3D打印机FMD型，原期望解决的传动方式由齿动替代皮带轮动，鉴于实验中的齿动不稳定性，改为了一机带多动的处理方式，但仍采用了皮带轮动的传动方式。
为追求打印精度，所制作的3D打印机把喷嘴的直径变小，对打印件的精度是变高了，但是对于这种熔融沉积的打印机的打印速度反而拖慢了。
为提升打印速度，期望用多喷头叠加来减少耗时，而在编程过程中，目前通用软件无法完成一控多的现状，对于这个问题还是有待研究。
5 结语
制作过程中，本文项目研究组主要研究了基于FDM型的3D打印技术。目前市场和科研单一的划分三种平台设计类型，在本样机设计中有了较好的相互借鉴：一方面，通过FDM型的3D打印技术理论分析，从喷头设计、成型精度提升设计等方面进行融合;另一方面，运用步进电机的理论与实验数据相结合，对传动系统进行了部分改良，最后通过整体设计需要，完成框架、材质、控制器等系列建模的装配工作。
作为认知和熟悉3D打印技术的一种方法，本文项目研究组通过理论学习、整体构架、解决实际问题等方式，掌握了FDM型3D打印机从无到有的整个过程。它有利于师生培养3D打印技术的学习研究兴趣，有利于团队着手准备下阶段研究内容，更有利于举一反三开拓3D技术其它类型的可能性。而作为第一手资料，通过总结与教学分享，更有利于3D技术在大学课堂和实验室的推广。
参考文献：
[1]张萍，闫宇，等.3D打印机在高校土木工程教学中的应用探讨[J].山西建筑，2016(15)：229.230.
[2]郭遵站.小型3D打印技术研究[D].长春理工大学，2014.
[3]郭振华，王清君，郭应焕.3D打印技术与社会制造[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版)，2013(04)：64.70.
[4]王龙.基于熔融沉积技术的金属3D打印机研制[D].南京邮电大学，2016.
[5]谢卓.熔融沉积成型精度分析及工业参数研究[D].合肥工业大学，2016.
项目：本文为江苏省高校大学生创新训练项目：3D打印FDM型样机研制(项目编号201713101006Y)阶段性成果之一
作者简介：王克，男，在读学生;刘远，男，在读学生;常太明(1982.)，男，河南延津人，大学学历，讲师，主要研究方向：创新创业教育。
作者：王克 刘远 常太明
条码标签可以在普通打印机上打印，也可以在专用的标签打印机上打印。在Label mx通用条码标签设计系统里，只要设计好一个标签的尺寸及内容，然后选择普通打印机或者条码打印机即可，其余的排版交给软件来实现。以如下标签为例，演示一下操作步骤：
1、
打开Label mx条码软件，用文字工具，条码工具等设计好所需标签的尺寸及内容。
2、
打印—打印设置。选择普通打印机，纸张类型—A4，行列设置3排3列。软件会根据单个标签的尺寸在相应纸张上自动排版，也可以自己手动输入需要的行列数。
3、
软件可以通过流水属性的设置将数据、条码批量生成，也可以连接excel等数据库批量生成，上图设置在打印数量里输入了20，这意味着将在A4上生成20个相同标签内容。
4、
点击打印预览，查看打印效果，然后通过打印设置对效果进行调整。
编辑：OA161办公商城
下面以爱普生ME 1100为例，教你如何打印对联：
一.春联打印步骤
步骤1：将准备好的春联的长幅红纸放入打印机进纸口(尺寸18cm*110cm)选中要打印的文件，鼠标右键点击“打印”。
步骤2：按照提示点击两次“下一步”后，在随后出现的窗口中选择ME OFFICE 1100的打印驱动后，点击“打印首选项”。
步骤3：选择“高级”选项卡，调试各项参数，之后点击确定。
步骤4：在随后出现的窗口中点击两次“下一步”后，点击“完成”按钮，等待“打印预览”窗口出现，确认无问题后点击“打印”，开始进行打印。
二.横披打印步骤
步骤1：将准备好的横披的长幅红纸放入打印机进纸口(尺寸18cm*70cm)选中要打印的文件，鼠标右键点击“打印” 。
步骤2：按照提示点击两次“下一步”后，在随后出现的窗口中选择ME OFFICE 1100的打印驱动后，点击“打印首选项”。
步骤3：选择“高级”选项卡，调试各项参数，之后点击确定。
步骤4：在随后出现的窗口中点击两次“下一步”后，点击“完成”按钮，等待“打印预览”窗口出现，确认无问题后点击“打印”，开始进行打印。
三.福字打印步骤
下面是详细的制作过程，大家不妨一试。
步骤1：将准备好的福字的正方形红纸放入打印机进纸口(尺寸32.9cm*32.9cm)选中要打印的文件，鼠标右键点击“打印”。
步骤2：按照提示点击两次“下一步”后，在随后出现的窗口中选择ME OFFICE 1100的打印驱动后，点击“打印首选项”。
步骤3：选择“高级”选项卡，调试各项参数，之后点击确定。
步骤4：在随后出现的窗口中点击两次“下一步”后，点击“完成”按钮，等待“打印预览”窗口出现，确认无问题后点击“打印”，开始进行打印。
我们日常生活中，经常需要在网上使用网上银行通过铁路12306网站购买火车票，但由于新的报销制度需要使用公务卡并提供POS回单凭证，没有怎么办?我们可以通过工行网银快E支付打印电子回单功能提供，下面请看详解。
一、所需物品
工行芯片借记卡(需要到银行办理U盾，并开通网银、手机银行、对外转账、网上支付功能);
工行公务卡和你的个人网银添加绑定，并在网银上开通快E支付功能;
手机上下载工行网银和铁路12306手机客户端(可登录官方网站扫描二维码下载)。
工行网银网址：http:// 铁路12306网址：http://，点左上角的个人网上银行登录。
6
2、出现操作提示页面，滑动到最底部点确定。
7
3、进入个人网银工行登录页面，某些电脑可能需要安装插件才能输入密码，推荐实用360浏览器自动安装网银插件。
4、进入网银首页后点击左上角的我的账户。
8
5、点左边的电子回单按钮。
9
6、电子回单版块，交易类型选择网上购物，支付卡号下拉选择公务卡，截止日期选择你要查询的日期范围，点查询。
10
7、在查询出的网上购物明细中找到你需要打印电子回单的交易，点后面的回单按钮。
11
8、网页会弹出一个新窗口，如果弹不出来换浏览器试试。点下方的打印回单按钮即可完成。
12
一、 打印机购买
1. 集团各职能部门及各分公司如需新购打印机，首先由需求单位领导同意并提出签呈申请，经总
裁批准后，转至行政中心，由行政中心办公专员负责申请采购计划。 2. 打印机购回后，由采购部送至行政中心办理入库，再由行政中心专管人员进行登记编号后，下
发到使用部门。
二、 打印机管理
1. 打印机调配权归行政中心。集团各职能部门及各分公司由于人员工作变动，需调配打印机的，
必须经行政中心批准同意，重新登记后，方可发放到新的使用单位。 2. 集团所有打印机由行政中心统一进行登记、维护、分配、调换、注粉。
三、 打印机报废处理
1. 使用单位填写办公用品报废单，报行政中心批准。 2. 行政中心批准后，转至财务部门进行财务账目处理后，再由行政中心对报批的打印机进行统一
报废处理。
四、 打印机使用中的严禁事项
为加强计算机管理，确保公司员工使用计算机的安全性，未经允许禁止如下行为： 1. 私自拆卸打印机。
2. 私自更换打印机墨粉(部分特殊大型复印机除外)。 3. 私自拆卸公司打印机部件为私人使用。
4. 私自携带公司打印机及配件在公司以外使用。 5. 私自维修打印机。
五、 打印机有关情况处理
出现下列情况时，员工应及时通知行政中心： 1. 打印机丢失。
2. 打印机及配件损坏。 3. 打印机发生故障。
六、 打印机日常维护
1.严格遵守打印机使用管理规定和安全操作规程，确保人身、设备安全。 2.使用单位对打印机及外设，负有保管和日常维护的责任。
3.如果发现打印机存在问题及故障，由打印机使用单位填写《打印机维护回执表》，写明打印机所存在的故障情况，报至行政中心维护人员。
4.维护人员根据实际情况尽快查清故障并予解决。将故障原因填写到“打印机维护回执表”中，将打印机及回执单一并交给报修人，由报修人验收并签字，再由部门领导签字。从维护完工之日起，由于个人使用不当操作或故意行为造成的打印机故障，及时报至行政中心维修后，视情况由当事人承担相应的赔偿责任，并按监察部有关规定给予处罚。
为了推行低碳环保，避免纸张浪费，减少碳粉消耗，延长机器寿命，希望大家在使用打印机时注意以下事项：
1. 在正常打印过程中不要关闭电源开关或摇动打印机、开打印机的盖板、抽开纸盒等，以免导致打印机故障、卡纸或影响打印效果;
2. 打印好的资料要及时拿走。废稿要处理干净，以免泄密。
3. 为杜绝打印耗材浪费现象，非重要文件应尽量利用废纸或者双面打印。 4. 在添加打印纸时进纸盒内放纸一定要松紧适度，并且将纸摆放整齐，否则非常容易卡纸;
5. 注意打印机周围清洁，切勿将纸屑或其他杂物掉入打印机内，以免造成损坏;
6. 在打印量过大时，要留有空闲时间，使打印机休息5-10分钟，以免过热而损坏;
7. 打印纸张用多少放多少，打印机用过后，请将多余的纸张放回纸袋中，避免纸张长期暴露在外受潮引起打印机卡纸。
8. 人事行政部定期对打印机、复印机表面进行维护，保持干净。
请大家自觉爱护公司办公用具，以免带来不必要的麻烦!
2014年7月24日
标签打印机操作步骤
一、打印环境
需连接标签打印机，安装标签打印驱动，及打印系统BYLabel
二、打印方式
目前使用标签打印方式分为两种，手动输入打印和连接excel表格打印
三、打印设置
1、第一次打开打印系统BYLabel.exe，会出现一个启动向导，让你创建还是选择标签，第一次都是选择创建空标签，点击确定
2、创建了空标签之后，就需要选择打印标签的类型，根据实物标签选择列数，行数，用尺子测量宽度和高度。(页面和存档标签项保持默认)下图为一行三列标签设置
3、新建标签后，出现一个空白界面，这个界面就是编辑标签的地方，方式有两种，一种是手动输入标签，另一种是连接到EXCEL数据库读取里面的数据打印，至于选择哪种，就要根据实际情况而定了。
4、
推荐阅读：
条形码打印机如何使用（推荐3篇）08-09
canon打印机使用说明10-03
3d打印机使用教程（通用7篇）05-29
条码打印机使用教程（推荐6篇）03-06
条码打印机使用手册（通用6篇）05-16
作品的打印与使用教案06-08
一般打印机的使用方法（精选9篇）08-22
打印机的使用管理制度（共7篇）06-10
一般打印机的使用方法（通用9篇）07-01
佳能打印机使用说明书（共6篇）08-16
