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修平科技大學機械工程系
實務專題論文
3D 印表機設計製造與組裝
指導教授: 江可達老師
班 級: 機械四甲、四乙
組 長: 李秉嶸 BA105008
組 員: 江承逸 BA105112
卓冠廷 BA105009
王乾宇 BA105007
中華民國一○九年五月十七日
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摘 要
在資訊發達的時代，3D 列印機將會是以後未來商機，可以帶動工業轉型和趨 勢，3D 列印機也開始慢慢地在演變，原先只能列印塑料作品，但到現在不僅還 能列印食物還可以列印金屬料，這就是一大突破，而且它還能逆向工程，掃描 產品把那個產品在列印出來，減少時間外還提升了效率，利用更少的時間獲取 共多的金錢。也可以讓家裡的小孩學著動手自己做東西，引起他們學習的欲望， 啟發孩子擁有更多的想法。III
致 謝
首先，誠摯的感謝專題指導老師 江可達 教授，我們在江可達細心的指導和 適時的提供建議下，除了讓我們能夠深入瞭解以現代工業趨勢-3D 列印機的理 論，同時也學會了本專題主要的軟體名稱格式:Cura.STL.OBJ.G 代碼，讓我們在 本次專題製作中得到不只是一份研究成品，也從中獲得了一股成就感。 值得一提的是同組的夥伴們，在製作專題的過程中，雖然曾遇到許多挑戰 與挫折，比如說意見不合、時間上的不能配合、抑或是列印成品不滿意整段刪 掉重做，但是當我們一一克服了這些困難，以破斧成舟的心態面對種種難題， 勇於面對並成功解決，實屬難能可貴的經驗;這一年多相處的時間哩，我們在不 知不覺中重新認識了各式解決問題的方法、團隊合作精神的態度以及誠實的面 對自己所擔負的責任，才能在時間之內完成我們的專題研究。 當然也要謝謝所有的同學們，不管是平常在班上嬉鬧的人、默默努力的人、 或是自己不熟悉的人，在專題製作期間都有共同的話題，互相交流、鼓勵、共 同成長，有類似的題目、相同工具的組別，也能夠交換意見成為可靠的戰友， 不時提供具有建設性的建議供我們做為參考，專題研究才能更加順利進行。IV
目 錄
摘 要 ... I 致 謝 ... II 目 錄 ... III 圖目錄 ... V 表目錄 ... VI 第1章 緒論 ... 1 1.1 研究動機………..1 1.2研究架構流程 ... 1 1.3時間進度管制 ... 2 1.4計畫進度管制圖...3 第2章 應用工具 ... 4 2.1緒論 ... 4 2.2 六角板手 ………...4 2.3 斜口鉗………...5 2.4 平口鏟………....6 2.5 十字螺絲起子 ………...7 2.6 列印材料 ………...8 2.7 剪刀………9 2.8 鑷子………...10 2.9 熱縮套管………...11 第3章 研究方法... 12 3.1前言 ... 12 3.2 CURA 軟體的介紹... 12 3.33D 列印組裝與軟體的原理………..12 第4章 樣品製作... 13 4.1製作過程 ... 13 4.2樣品設計 ... 13V 第5章 組裝過程... 14 5.1前言 ... 14 5.2零主件組裝 ... 14 第6章 結論與建議 ... 15 6.1結論 ... 15 第7章 參考文獻………...16
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圖目錄
圖1.2流程圖………...1 圖2.1 六角板手………..4 圖2.2 斜口鉗………..5 圖2.3 平口鏟………..6 圖2.4 十字螺絲起子………..7 圖2.5 列印材料 ………...8 圖2.6 剪刀………..9 圖2.7 鑷子……….…10 圖2.8 熱縮套管……….11 圖3.1 Cura 軟體……….….12 圖5.1 底座與 XY 軸鋁件安裝………...15 圖5.2 使用六角板手安裝伺服馬達………...16 圖5.3 校正 Z 軸………17 圖5.4 電控配線………...18 圖5. 5 線路整線………...19 圖5.6 依照線路安裝圖調整電壓器與伺服馬達………..20 圖5.7 整體組裝完成與實際作品完成………..21VII
表目錄
表1.3 計畫進度管制表………9 表1.4 工作分配表 ………10
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第1章 緒論
1.1 研究動機 為了瞭解3D 列印機的構造，所以我們會把3D 當作我們的專題，還有其他 原因，為了讓家裡小孩可以試著動手做學習創造的能力。 1.2 專題架構流程 取得專題材料 軟體程式編輯 組裝機台 機台程式模擬測試 XYZ 三軸校正機台 電控配線 上原料 完成機台測試 圖1.2流程圖2
1.3 時間進度管制
本專題研究內容共分為資料收集及研究、程式設計與測試、算例規劃、實 例計算、模型-夾具設計與製作、試驗試片製作、實驗設備安裝與測試、試片-模型強度與振頻實驗量測、實驗與計算數值之整理-分析與比較、結案報告撰寫 與製作等10項，各工作項目時程進度如下圖所示。 月 次 工作項目 第 1 月 第 2 月 第 3 月 第 4 月 第 5 月 第 6 月 第 7 月 第 8 月 第 9 月 第 10 月 第 11 月 第 12 月 備 註 1. 資料收 集及研 究 2. 模型設 計 3. 設計零 組件 4. 採購主 裝零主 件 5. 實例計 算零主 件配合 6. 試驗軟 體研究 7. 實驗設 備安裝 與測試 8.試 片 、 模 型 強 度 與 振 頻 實 驗 量測 9. 實驗並 記 錄 所 做 之 3D 列 印 機 的 過 程 分 析 10. 結 案 報 告 撰 寫製作 預定進度 累計百分 比 10% 15% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 85% 95% 100% 預定進度 實際進度3 圖1.3 計畫進度管制圖
1.4 計畫進度管制圖
工作項目與類型 李秉嶸 江承逸 王乾宇 卓冠廷 1.繪製零件圖 50% 20% 15% 15% 2.採購材料 30% 20% 20% 30% 3.組裝機台 25% 25% 30% 20% 4.線控配電 25% 25% 25% 25% 5.XYZ 機台校正 35% 25% 25% 15% 6.機台程式模擬 30% 25% 20% 25%4
第2章 應用工具
2.1 緒論
我們的專題是以組裝為前提來做的，所以我們一開始先想好需要組裝的材 料，與軟體相容選配，軸向校正，馬達調速，材料溫度熔點設定，機座溫度調 整。 圖2.1六角板手 4mm 3mm5
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第3章 研究方法
3.1 前言
使用 Cura 這套軟體是因為本身主機相容就須這套軟體驅動 ，而且這套軟 體可以相容其他軟體比較多3.2 CURA 軟體的介紹
在3D 建模完成後要存成 STL 檔案，然後就要做"切片(亦稱切層) Slice"將 檔案切成一層一層的包含列印動作的指令參數存為 g-code 檔給3D 列印機進行列 印。 圖3.1 Cura 軟體3.3 3D 列印機組裝與軟體的原理
3D 列印，又稱增材製造、積層製造可指任何列印三維物體的過程。3D 列 印主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下層疊原材料。3D 列印的內容可以 來源於三維模型或其他電子資料，其列印出的三維物體可以擁有任何形狀和幾 何特徵。3D 列印機屬於工業機器人的一種。3D 列印這個詞的原意是指將材料 有序沉積到粉末層噴墨列印頭的過程。最近此詞的含義已經擴大到廣泛包括的 各種技術，如擠壓和燒結過程。技術標準一般使用「增量製造」這個術語來表 達這個廣泛含義。13
第4章 樣品製作
4.1 製作過程
再製作一個樣品需要 花費很多時間，而且成品是一層一層堆疊而成。 有時可能會面臨進料卡住、噴頭壞掉、程式空跑以及預熱溫度不足等等各種問 題，所以還是要定期觀察是否有狀況發生，大概就是這次研究的最大難題。4.2 樣品設計
4.3 樣品加工程序
開機之後讀取磁卡，設定噴嘴溫度以及機座溫度還有風扇速度，最後在調 整作業速度等待噴嘴溫度達到一定條件，就開始啟動作業。14
第5章 組裝過程
5.1 前言
拿到材料時，大多都是零組件利用內六角螺絲相互契合鎖緊，比較複雜的 是噴頭架設、螺桿 XYZ 位置校正、皮帶安裝，設定數值內包括 (噴頭溫度、 機座溫床溫度、風扇轉速、XYZ 軸移動速度)。5.2 零組件組裝
先將底座與左右兩側鋁件鎖緊並用水平儀校正，接著在最上方安裝 X 軸 向鋁件以及架設置料區，再來安裝噴頭行程桿並裝安全感測器(以免過行 程)，最後將電線依線路圖一一裝上，在將控制面板線路接至伺服瑪達以 用束帶整線，完成安裝。15
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第6章 結論與建議
6.1 結論
在這次的專題我們使用六角板手、螺絲起子，來面對組裝中遇到的困難， ，在組裝中花費時間過長，有時還會出意外，在測試時有時料還沒有黏住 樣品，但是我們還是解決掉這些問題。 經過這次的專題製作之後，我們經過很多製作上的討論、檢討與意見上的 溝通，發現這次專題真的讓我們學習到遇到問題該如何去解決，像是該如何組 立才會讓機座變的更牢固，讓製作更順利進行，到最後整個專題製作完成後， 感覺非常有成就感，能利用這次的專題製作去幫助之後學習的同學，非常值得。23
