针对三维加工方式的多功能加工一体机

郭子兴 申衍豪 刘吉文

摘 要：近年来，随着科技的进步，3D 打印技术逐渐进入了大家的视野。由于技术的局限，目前的3D 打印机功能单一，但在这个智能化生产的时代，人们对此的需求越来越大，只具备3D打印单一功能的机器已经不能满足人们的需要，此外用户更加注重性价比与效率，现在市场上具有3D打印、激光雕刻等功能的机器却往往价格昂贵且占据很大空间。在这种情况下，我们的三维工作一体机就应运而生。相对比现行市面上的机器，节省空间，减少成本，功能完备、价格合理。不仅能满足人们对于技术的各方面需求，同时满足人们追求性价比与效率的需求，拥有广阔的前景。

关键词：三维加工；3D打印；激光雕刻；多功能一体机

1.加工一体机的背景：

近年来，社会开始逐步走入数字化时代。随着以智能化、数字化和网络化为愿景的智能制造、“工业4.0”等新兴战略上升到国家层面，3D打印、激光雕刻等技术越来越被大家重视。

随着市场上不断喷涌出各种3D打印机、激光雕刻机，消费者对于机器的要求也越来越高。经过我们的调研发现，市面上并没有类似于加工一体机这种集3D打印、激光雕刻于一体的多功能机器，目前市场空白，但随着社会的发展，科技爱好者、研发团队等群体是在明显上升的，目前市场的状态已不能满足日益增长的需求。面对上述问题，我们的三维多功能加工一体机就应运而生。我们的加工一体机是一个非常成熟的产品，在节约空间、金钱的情况下，将多种功能融合进一个结构内，实现了更方便、快捷的操作。

2. 产品原理

2.1.系统设计原理：

我们的Creator-bot，其特征在于，设有成型工作台、驱动机构、熔融挤出装置、激光雕刻装置、写字装置等装置以及主控制盒：所述熔融挤出装置包括分别与主控制盒连接的远程送料单元和加热挤出单元，熔融挤出装置工作时，所述加热挤出单元以可拆卸的方式固定安装在所述安装平台上；所述激光雕刻装置包括激光控制盒和激光器，激光雕刻装置工作时，激光器亦以可拆卸的方式固定安装在所述安装平台上，通过激光器供电线与所述激光控制盒连接；写字功能等其他功能与之同理；所述激光控制盒内设有逻辑控制模块和稳压、稳流模块，所述逻辑控制模块与所述主控制盒通过控制线连接，激光控制盒另接电源。

2.2.机械结构：

铝型材作为基本框架。铝型材强度大，密度小，使得Creator-bot结实耐用的同时也小巧轻便，易于搬移。

传动结构采用h-bot结构，工件选用2020的标准型材，对于桌面机机器尺寸来说强度足够，其优点是尺寸调整起来方便，x、y轴运动结构如图1，从俯视图上看，机器的XY运动机构类似字母“H”。与十字轴、I3、makerbot机器结构不同的是，Hbot结构速度快，没有X轴电机一起运动的负担，由于hbot 结构的特殊性，其产生的转矩大，一般的光轴满足不了hbot机构的精度，我们选用精度高的线轨克服这个困难。Z轴则采用滚珠丝杠传动的结构，与一般丝杠相比回差小，精度高，传动效率高。

3技术施行要求：

3.1空间利用率

将多种功能进行融合使得一台机器即可实现多台机器的功能，主要是把握三维加工其都是进行一套三维的空间运动，在运动的过程中对工件进行加工。现在对多种功能进行整合，使之融合到一台机器之上，依靠一套三维的空间运动来实现多种功能。这就需要解决多种加工方式其三维运动不同的问题。如：3D打印其在Z轴方向上将会进行大量的运动，而激光雕刻在主要是在X，Y轴方向上进行的一个平面的运动。我们可以在切片软件进行切片之后，利用自身算法将Z轴方向自动设置為零，相当于进行一个层高为0的3D打印，从而使得激光雕刻得以完美运行。

3.2工作速度

目前在三维加工领域，激光雕刻的速度相对较快，能够满足大多数加工的需求。然而3D打印却在行业内被称之为“龟速”打印，漫长的进程使得大多数用户望而生畏。那么如何提高3D打印的速度呢？这对于3D打印这种加工方式的推广具有深远的意义。针对这一问题，我们的多功能加工一体机针采用了一种独特的H-bot结构，依靠机械结构上的创新来加速3D打印。该结构的存在改变了现行3D打印机的电机布局，大大减少了电机的负载进而使得3D打印得以提速，而与此同时也减少了能源的消耗。

3.3上位机的兼容性

众所周知，3D打印与激光雕刻其所用上位机切片软件不同。针对这一问题呢，我们依托自身算法，将激光雕刻的的G代码自动添加Z轴方向上的坐标并设置为0，进而再将其导入3D打印之中。依托3D打印的底层代码，从而实现激光雕刻的加工。

4结语：

智能制造离不开智能加工，将现代新型的加工方式当时融入到传统的制造业之中，为传统的制造业打一针强心针。但是在融入的过程中必将存在诸多问题，而我们的三位加工一体机就很好地解决了融入难的问题，依托于自身的改进，为用户提供更加专业、快捷、低廉的加工方式，带来全新的用户体验。

参考文献：

[1]程俊延 浅谈3D打印技术的应用与发展10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2018.27.052

[2]王元桢 3D打印技术应用简介 中国设备工程1671-0711（2018）08（上）-0169-02

[3]诺桑 激光雕刻机制作藏式工艺品 科技传播 1674-6708（2013）91-0073-02