3D打印技術(shù)在競賽機器人制作中的應(yīng)用分析

摘要：本文簡單介紹了3D打印技術(shù)，它與普通打印機的技術(shù)原理一樣，僅打印材料有所不同。3D打印機將逐層堆疊打印材料，最終將3D模型變成真實物體，主要用于智能電器，模型，樂器，工業(yè)零件，汽車零件，手板，建筑等領(lǐng)域。作為具有投資價值的前沿技術(shù)之一，3D打印具有許多優(yōu)勢，可以更加逼真生動還原設(shè)計對象的原始外觀，使其在質(zhì)量改善方面更符合標(biāo)準(zhǔn)。最后，分析了打印技術(shù)在競賽機器人制作中的應(yīng)用過程，包括設(shè)計步驟，打印過程和組裝過程。

關(guān)鍵詞：競賽機器人;3D打印技術(shù);制作應(yīng)用

中圖分類號：TP242;TP391.73?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）10-0158-01

目前，充滿挑戰(zhàn)的仿生機器人競賽非常流行， 包含復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，涉及機械，電子，仿生，材料，智能等領(lǐng)域的比賽，可以訓(xùn)練大學(xué)生的腦力和動手能力。作為一個高度綜合的前沿學(xué)科，機器人的研究是一個熱門的研究方向。如今變得越來越先進(jìn)的3D打印技術(shù)，其應(yīng)用已遍及建筑，醫(yī)藥，工業(yè)設(shè)計，汽車，教育，智能制造，文化等領(lǐng)域。本文介紹了3D打印技術(shù)在機器人制造中的應(yīng)用，以進(jìn)一步了解3D打印技術(shù)的功效。

1?3D打印技術(shù)

所謂的3D打印機與日常生活中使用的可以打印由計算機設(shè)計的平面物體的普通打印機的工作方式相同，因為分層處理的過程與噴墨打印非常相似，與普通打印機的技術(shù)原理一樣，但是打印材料有所不同。普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機是一種可以“打印”真實3D對象的設(shè)備，包含金屬，陶瓷，塑料，沙子等不同的“打印材料”[1]。在打印機與計算機連接后，金屬粉末，沙子，塑料，陶瓷等這些真實的原材料——“印刷材料”可以通過計算機建立控制的3D模型輸入3D打印機后逐層疊加，打印機將對模型進(jìn)行切片和分層，冷卻后最終可以將計算機上的藍(lán)圖變成真實的物體，打印玩具車，打印各種模型甚至是食物等物理對象。一般來說之所以將其稱為“打印機”，是指該打印技術(shù)稱為3D打印技術(shù)。用于3D打印的原材料在一定溫度下，將計算機設(shè)置好打印機的各種參數(shù)后，選擇低密度，高強度和高韌性的3D打印機就可以打印。打印機將逐層堆疊打印材料，最終將3D模型變成真實物體。

作為成型過程中非常重要的工藝技術(shù)，3D打印機技術(shù)，也稱為快速原型技術(shù)，這項僅適用于大規(guī)模工業(yè)制造而不適合家庭使用的技術(shù)，主要使用特定強度的激光點對點聚焦來照射光固化材料的表面，以便完成一層上的打印工作，完成一層之后，進(jìn)行下一層這樣，最終產(chǎn)品就完成了。3D打印技術(shù)目前廣泛主要用于智能電器，模型，樂器，工業(yè)零件，汽車零件，手板，建筑，航空航天，醫(yī)療設(shè)備，陶瓷衛(wèi)浴，動畫手工等領(lǐng)域。[2]

2?3D打印技術(shù)與機器人關(guān)系

3D打印和機器人通常像“母子”，這是很多人對機器人的許多3D打印的研究成果的形象表述。3D打印如何扮演機器人的創(chuàng)造者和守護(hù)者的角色：3D打印可以創(chuàng)建并保護(hù)機器人的具有高強度，透明性，耐高溫，耐潮和防水功能的外殼，而可以提高機器人的安全性和準(zhǔn)確性的機器人可以“反哺” 3D打印。金石3D打印技術(shù)有限公司開發(fā)的一種延長工藝品，手機，家用電器和運動鞋使用壽命的液態(tài)光敏樹脂材料，有了這種皮膚，3D印刷為機器人的制造和維護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)，機器人著陸的精度將提高近四倍，僅如此，還減少了對機器人的損害。因此，提高了3D打印效率的機器人把操作“反饋”其創(chuàng)建者和監(jiān)護(hù)人。盡管3D打印在商品生產(chǎn)中無所不能，但3D打印和自動生產(chǎn)的一大阻力是在打印過程中仍然消耗大量的人力和物力，無論是3D打印制造機器人還是操作3D打印的機器人，無需太大人工成本成為一項重要課題。有一家名叫金石3D打印技術(shù)有限公司，使用SLA立體光刻3D打印機完成零件的打印，帶來了互補的優(yōu)勢和功能增強的良好效果，這些技術(shù)的集成似乎已經(jīng)解決了這個問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的深入研究，3D打印具有許多優(yōu)勢，無疑成為了具有投資價值的前沿技術(shù)之一，與傳統(tǒng)方式相比，改變了智能制造的許多方面。3D打印最顯著的優(yōu)勢之一就是最大程度地逼真生動還原設(shè)計對象的原始外觀，即使零件形狀復(fù)雜的汽車零件，人像模型，智能機器人或者家用電器等。智能機器人經(jīng)常使用許多不同材質(zhì)的小螺釘和細(xì)絲，當(dāng)使用3D打印制造時也具有顯著的優(yōu)勢，可以有效地保證小零件中的細(xì)絲和螺釘?shù)乃删o度，使其在質(zhì)量改善方面更符合標(biāo)準(zhǔn)。時代的發(fā)展允許高科技開發(fā)越來越多的新方法和新產(chǎn)品，并進(jìn)入并改善人們的生活。

3?3D打印技術(shù)在競賽機器人制作中的應(yīng)用過程

3.1設(shè)計步驟。機器人設(shè)計可以使用3D建模軟件，計算出機器人受力部位的剛度，大小和運動范圍，成功組裝成使它具有靈活性和可移動性以及獨立越過某些障礙的能力，滿足設(shè)計要求。

3.2 3D打印過程。首先，在相關(guān)軟件中建立零件模型，在模擬印刷平臺上將所有小尺寸的零件加載到打印界面，調(diào)整每個零件的位置和角度，使用與3D打印機匹配的切片和打印軟件打印。其次，對零件模型進(jìn)行切片和分層，在空間允許的情況下一次打印多個實體，但是要確保印刷塑料纖維的方向與零件的受力方向保持一致。第三，在軟件自動檢查和修復(fù)模型后，將計算機連接到打印機啟動打印機，當(dāng)打印機噴嘴和熱床預(yù)熱到設(shè)定溫度時，打印即將開始。

3.3按照步驟組裝印刷，打磨和拋光機器人所需的零件，然后按照程序組裝零件。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉頂，李露瑤，肖沽，于添馨，陳燁，陳斌，王華平.3D打印PEI成型工藝對制品力學(xué)性能的影響[J].塑料，2018，47（6）：94-97.

[2]袁夫全，楊立宏.基于wifi的無線3D打印機控制器設(shè)計[J].電子技術(shù)（上海），2015，0（12）：79-81.

作者簡介：白亞雯（1989-）女，碩士，助教，主要從事智能制造、控制工程等研究。