【第三届IC申报书展 创客类——匠心独运（3D打印机设计及制作）】四川省双流县棠湖中学

挑战题目

创客类——匠心独运（3D打印机设计及制作）

中文队名

分裂者队

英文队名

Schismatics

组别

高中组

辅导教师

江志、杨维国

参赛选手

曾宇、李俊霖、吴敏、廖春雷、阮振峰

设计时间

开始时间：2015年12月9日  完成时间：2015年12月20日

设计过程

问题缘起

2015年最火的科技无疑是“3D打印机”，我们常常在电视上看到“3D打印心脏”、“3D打印房子”等等的新闻。怎样让“3D打印机”进入我们的生活呢？这是我们所研究的核心。“二维码”、“手机”已成为我们生活的一部分，而我们的想法则又呼之欲出。我们想要设计出一台“扫描式便携3D打印机”，利用三维扫描仪扫描物体，提取三维视图，再利用App转化成为数字模型传入机器并将其打印出来。

设计方案

目前市面上大多的3D打印机采用FDM原理，建立xyz空间直角坐标系，再利用专业软件绘制出3D模型通过数据线传入打印机将其打印，这种类型的3D打印机所占空间相对较大。对此我们设想将其原有的框架结构完全去除，只保留主体以及操作平面。

设计原则

1、科学性原则：现有的3D打印机原理较多，我们采用了更适合我们的FDM类型3D打印机原理；

2、实用性原则：在设计时，我们追求对打印时间的节省；

3、美观性原则：在设计时采用了一些如对称等美学习惯。

主要创新方法

我们的创新点在于对于主体部分，我们用一个可收缩，可旋转的机械臂支撑，这样大大增加了主体的灵活度以及精确度。我们根据经济性的设计原则将机械臂全部采用铝合金，这能使总体的质量大大减小，同时，使3D打印机的成本降低。对于操作平台部分，我们根据实用性以及创新性的原则，将其分为三层，提高了对空间的利用率。并且机械臂可通过转轴旋转放于操作平台的一侧。

      机械臂分为三段：

      一是挤出机和喷头，我们根据功能性的设计原则在挤出机外置摄像头，用于拍摄模型的三视图，在通过线路传入控制电路；

      二是可收缩的铝合金管，我们根据美观性以及实用性的设计原则用球形零件与第一部分相连，这样可以使喷头的操作更加灵活，外观设计更加科学美观；

      三是用于收纳第二部分的铝合金管并与第二部分通过球形零件连接，球形零件内置弹簧与第一部分连接，利用第二部分弯曲时弹簧的伸长量计算在y轴的位置，并与操作平面通过转轴连接。

      第二部分收纳于第三部分中，第三部分可旋转放于操作平台的一侧。在机械臂底部放置弹簧与第一部分相连接，利用底部与第一部分相连时弹簧的伸长量-第二部分弯曲时弹簧的伸长量计算在z轴的位置。

对于操作平台我们将其分为三层：

上层：放置亚克力板用于打印3D模型。

中层：我们根据实用性的原则，放置了一个可向前延伸的操作面，当打印物体较大时可抽出来。

下层：控制电路和原料槽。

我们根据创新性的设计原则在操作平台右侧装上滑轨，机械臂在右侧移动利用装置在底部的收纳电线的发条弹簧的伸长量计算在x轴的位置。

创意故事概要

希望之光——GX-01

四川省双流县棠湖中学  分裂者队

宇宙，浩瀚无边，神秘莫测，让人敬畏。在宇宙深处有一处混沌之气形成的雾海，边缘笼罩着朦胧的光晕，是宇宙最可怕的地方。

地球里面的危险，让无数的外太空强者止步！

地球被混沌之气包裹着，里面更是迷雾重重。

21世纪，人类为了发展经济，释放了大量污染环境的有毒残留物，废气，导致产生了大量的PM2.5，使地球笼罩在它的包围之下。

自从进入24世纪人类在各科技领域都有了突破性的进展，人类利用高科技使从前被污染的河流、海洋都恢复了清澈。在基因工程，太空科技，尖端武器等高科技方面也取得了重大的成就。这些突破性的成就让每个人都相信在这个宇宙中人类越来越接近“神”。在众人眼中，人类已经是一种无所不能的存在了，长久的生命体系，更为发达的经济，无处不在的沟通与信息的交流，逐渐融合的各国文明……然而人类仍然有一些无法解决的问题，在这些问题中，最令人头疼的就是——经过过滤过滤出来的PM2.5无处安放，只能在高压低温的条件下压缩在一个大桶里。

这还要从100年前的一场战争说起，吉姆·雷诺率领的游骑兵团与维克托率领的虚空军团在一次危险的交锋中，虚空军团首领维克托的灵魂落入了一台由他亲自制造出来的释放PM2.5的机器GX-01中。因此GX-01拥有了自己的意识，它每天释放出大量的PM2.5来污染环境，使地球笼罩在它的包围之中。成为虚空军团新首领的蒙斯克并不能很好的控制GX-01，GX-01反而慢慢的控制了蒙斯克，并且大部分的虚空军团的士兵都成为了他的奴仆，虚空军团中有一些人忍受不了他的奴役，吉姆雷诺趁着这个机会主动出击，终于成功的说服了那些人，那些人和游骑兵团高层人员一起商量对策摧毁GX-01。

随后，50年前移民外太空的阿塔尼斯及其带着最尖端的科技回到了地球，和地球上的游骑兵团想出了一个办法来对付GX-01。他们利用吸收起来的PM2.5一级蜘蛛丝作为粘合剂的3D打印机，制造出了大量的高科技武器并消耗了大量的PM2.5。人类利用这些3D打印机来对付GX-01和虚空余党，于是地球上的PM2.5一天天的减少GX-01的实力越来越弱。

两军进行了一次又一次的战争。终于，再一次最危险的战斗中GX-01的控制电路被游骑兵团的高科技武器损坏。失去了GX-01的虚空余党实力大减，而游骑兵团凭借更加强大的高科技武器，使虚空余党彻底失败，而新首领蒙斯克最终逃到了位于宇宙边缘的一个不知名的地方去了。

地球是我们的家园，需要我们共同来爱护，发展科技与经济的同时我们也应该注意环保，不要亡羊补牢，要防患于未然！

【作者姓名】：廖春雷、曾宇、李俊霖

【辅导教师】：杨维国、江志

设计草图

诚信宣言：

我承诺以上材料属实。团队代表电子签字：廖春雷