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3D实训室建设

一、建设意义(一)3D打印发展现状分析1.国际现状: 3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛。从2011年开始,全球逐渐掀起3D打印热潮。当前,3D打印在航空航天、汽车、医疗健康等领域的市场应用已经取得积极的进展,虽然3D打印机的材质及构造各不相同,但其工作原理都是采用逐层打印,叠加成型的模式。首先通过计算机将三维数据模型输入到3D打印机中,3D打印机将输入的三维模型通过扫描进机器,让3D打印机从底

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一、建设意义

(一)3D打印发展现状分析

1.国际现状:

3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛。从2011年开始,全球逐渐掀起3D打印热潮。当前,3D打印在航空航天、汽车、医疗健康等领域的市场应用已经取得积极的进展,虽然3D打印机的材质及构造各不相同,但其工作原理都是采用逐层打印,叠加成型的模式。首先通过计算机将三维数据模型输入到3D打印机中,3D打印机将输入的三维模型通过扫描进机器,让3D打印机从底部开始打印,通过打印材料的层层叠加,最终将立体的物体呈现到人们面前。3D打印技术,是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。同时也是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”无需 原胚和模具,能直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生成任何形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研制周期,提高效率并降低成本。3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术,至少包括信息技术、精密机械和材料科学三大技术,再利用工业设计实现最终产品。作为产业互联网的典型,新型数字化制造技术3D打印经过多年的发展,3D打已经形成比较完善的技术体系,应用范围不断拓展,市场规模快速增长。

3D打印设备主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是3D打印技术的初级阶段和入门阶段,能够很直观地阐述3D打印技术的工艺原理。工业级的3D打印机主要分为快速原型制造和直接产品制造两种。两者在打印精度、速度、尺寸等各方面都有不同。其中,打印支撑和打印实体可分参数打印的设计是区分工业机和桌面机的最重要标志。    

2.国内现状:     

    国内3D打印技术起步晚。但是自3D概念一出,立即受到了热捧,3D打印技术近年来在国内日趋升温。我国3D打印发展至今,呈现出不断深化、不断扩大应用的态势。2015-2017年的3年间,中国3D打印产业规模实现了翻倍增长,年均增速超过25%。2017年,中国3D打印领域相关企业超过500家,产业规模已达100亿元,增速略微放缓至25%左右,但仍高于全球4个百分点。2018年上半年,中国3D打印产业维持25%以上增速,2018年整体规模达到18.3亿美元。随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。

3.北方地区发展现状:

(一)北方区现有专业从事3D打印的公司为数不多,大多数以销售设备的公司为主, 3D打印服务方面资源匮乏,北方的加工型的企业较多,针对研发设计方面相对投入较小,采购设备并不划算,很多企业对3D打印加工服务需求非常强烈,一些小型对外加工公司硬件实力不能满足工业级产品的打印要求,因此处在一个供小于需的现状。

大连地区现状: 3D打印技术普及率不高,一些大型国企、外企、科研院所基本都是企业自用,未来3D打印方向的人才需求不断增多。

(二)市场需求与人才培养

 1.市场需求

中新网2013年报告,国内对3D运用人才的培育还仅仅在萌发状况,即插即用的高级人才更是奇缺,国家制作业信息化培训中心3D办主任鲁君尚表明,当前中国对3D运用人才需要十分巨大,缺口约为800万人。在他看来,中国在3D技术培训、推行方面做得不行,高校有关3D课程与如今全球最前沿的3D技术有距离,高校3D教学与公司运用需要有距离,很多人对3D知道还处于十分粗浅的初级阶段。 “其实,中国并不缺少技术,但真实把技术与构思相结兼并运用到工业中的人却少之又少。”

 2.人才培养

    专业建设是学校的生存基础,专业的设置只有服务于当地经济建设的需要专业才能够生存,能够为适应行业发展提供人需求,提高教学质量,培养高素质技能型人才,服务地区经济和社会发展提供保障。准确洞悉专业市场发展,培养符合市场需求的人才,是专业建设的重要依据之一。

3D立体设计与打印技术,是近年经济市场新的增长点,谁占有先机,谁就占有未来的市场。对3D打印专业领域软件设计所需的人才,大致可以分为三类:软件设计类、行业领域类和材料科学类。我国作为传统制造业大国和人口大国,正处于信息化和工业化进行深度融合、工业转型升级的关键时期,制造企业的数字化、信息化改造都需要大量的熟悉先进制造技术的操作人员。国家大力发展3D打印技术的各项措施和政策的出台,使得许多大企业、民间资本、风险投资都看到了3D打印技术潜在的巨大市场机会,无论是工业级应用还是民用市场应用,3D打印行业都将迎来大的发展机遇。作为提供3D打印服务的各类企业,都将面临大的人才需求,这也为从事3D立体设计与打印技术专业学习的学生提供了巨大的就业和创业机会。

   学校目前拥有众多3D打印相关专业,学生们普遍掌握了现代设计理念、机械制图原理、计算机基础和二维、三维软件,通过3D打印与逆向成型实验室项目,能够促使学生进一步掌握现代3D打印技术,为3D打印行业的市场需求提供良好的人才输送。

 

二、建设目标

1、学生可以了解快速成型机及三维扫描仪的工作原理,掌握现代新型企业设计产品的工艺流程,将所学到的理论知识学以致用,让学生毕业时可以很好的与3D企业衔接。

2.在老师教学过程中有很多时候老师无法很好的向学生展现自己的设计作品,导致教学过程中过于理论化,也使得有些立体感不是很好的同学再理解上有些困惑,通过快速成型,老师可以将自己的设计意图很好的表现出来,更有利于学生理解接受。

3.利用完善的软硬件实力承接一些设计比赛或职业技能大赛的过程中,通过快速成型及三维扫描可以加大创新力度,减短设计变更周期,更好的将同学们的设计作品呈现出来。

4.在现代制造教学过程中,老师交代同学的研究课题往往因为外发制作模型需要很久时间而耽误整个研究课题的进展,通过快速成型技术可以不受时间限制的继续课题研究。

5.建立3D打印与逆向成型实验室,可开设3D打印或逆向扫描课程,让学生与当代创新型快速制造企业无缝对接,亦可提升学校的影响力。
6. 3D打印与逆向成型课题项目的研究,可用于机电类等专业,可由老师带学生一起完成从数据扫描、扫描数据的再次创新、创新产品的打印。

7.教学过程中可了解并且研究国外先进的3D打印的软硬件原理,如条件成熟,可开课题研究3D打印机的制造方向。

8.利用现有的3D打印及扫描仪资源,可与众多企业进行对接,包括承包企业的设计创新任务,3D打印服务等,达到产学一体化。

9.搭建完善的平台对大连地区及周边地区企业和高校开展3D打印方向培训课程,为众多机构定向培养专业的3D打印人才。

10.弥补了北方3D打印技术的人才培养、硬件设施、打印服务供需不平衡等主要问题。

 

三、建设方案

本项目建设方案参考:佛山南海职业实训基地、镇江高等职业学校、广东顺德梁球居职业学校等,已建设的3D打印专业实训基地方案,根据本项目情况制定。

本方案设定基于以下几点:

1.设备配套定位于目前领先技术品牌,从设备稳定性、可操作性以及应用范围广泛来考虑,参考众多大型实训中心和知名企业的设备选型方案。

2.在保证基本教学认知的基础上;扩大设备使用率,设备性能和打印材料的选择可满足大多数企业对外加工的需求;设备技术为行业领先,对其技术的学习与研究有一定帮助,达到多方面的发展。

3.在教学过程中让学生对桌面型打印机和工业级打印机有明确的认知,对行业内领先技术深入了解,培训出更加专业的3D打印技术人才。

4.同时满足60人同时教学使用,配套教学3D打印机20台,十个桌子以每6人一组,每个桌子2台设备为单位进行教学,教师用工业级打印机可满足学生对顶尖技术设备的教学、开展技能大赛、对外加工、参观展示等功能。

(一)、实验室设备方案及价格

序号

分项名称

数量

1

工业级光固化3D打印机

1

2

金属3D打印机

1

3

个人级3D打印机(学生使用)

20

4

工业级3D打印机配置电脑

2

5

个人级3D打印机配置电脑(学生使用)

10

6

手持式三维扫描仪

1

7

手持式扫描仪配置电脑笔记本

1

8

耗材

1批



 

 

 

 

 

 

 

 

(二)实验室主要设备应用特点

1.快速成型类设备应用特点

根据软件设计或逆向扫描结果的CAD、3DS MAX模型,生成STL文件,输入快速成型系统的随机软件,从而得到产品的实物模型。通过该实验,了解快速成型系统的工作原理及过程,快速成型系统的操作,以及快速成型产品的后处理。通过本实验的教学,应使学生达到以下基本要求:

a、了解产品模型快速成型制造的基本原理;

b、掌握快速成型制造的操作过程;

c、模拟目前具有创新设计能力的企业的自主设计与验证流程

2.逆向造型设计设备应用特点

使学生了解逆向设计在产品设计中的作用及其基本方法;掌握非接触式光学扫描系统的形状测量方法;掌握主要逆向工程软件基本用法和基本技能,并在正向、逆向软件系统配合下,实施由实物到产品CAD、3DS MAX 模型、乃至新产品模型的完整流程,为今后解决生产中的高端产品设计奠定基础。

通过本实验的教学,应使学生达到以下基本要求:

1、掌握非接触式光学扫描系统的形状测量方法;

2、掌握逆向设计软件的曲面重构功能与操作;

3、掌握逆向软件系统的基本操作用法及初步设计意图提取的基本方法;

4、掌握正向、逆向软件系统配合下,由实物到参数化特征模型的完整逆向设计过程,并在此基础上实现创新设计。

 

 

(三)实验室布局图(仅供参考)

 

 

全景顶视图:

 

 

 

 

分视图:

 

四、实验室设备简介

1、Objet30pro喷墨光固化工业级3D打印机

高性价比、高分辨率的三维打印系统16微米和28微米层厚 、高分辨率三维打印系统不仅仅适用于具有较大预算空间的企业。用Objet低成本桌上型三维打印机系列产品,设计师和工程师们可直接从办公室工作桌面上轻松地构建逼真的、且细节精度十分出众的原型件。

Objet30pro三维打印机,无需在质量和速度之间进行权衡。只需要将创意按最高的精度和可测试的原型快速打印出来,就展现出创意的灵感,并加以改善。

Objet 30pro三维打印机是第一款打印逼真模型的桌面系统,可打印高强度材料、小型运动部件、薄壁和平滑物体及可喷涂表面。

Objet 30pro可使用刚性不透明白色 (VeroWhitePlus)、刚性不透明蓝色 (VeroBlue)、刚性不透明黑色 (VeroBlack)、刚性不透明灰色 (VeroGray)、类聚丙烯材料(Durus  和 Endur)、透明刚性(VeroClear  )多种选择,面向应用广泛。

 

机器参数

型号

Objet 30pro

层厚(Z轴方向)

水平构建层厚仅28微米、16微米

打印托盘尺寸(X×Y×Z)

300×200×150毫米

构建分辨率

X轴方向:600 dpi;
Y轴方向:600 dpi;
Z轴方向:1600 dpi。

精度

0.05毫米(精度可能会因几何形状、零件定位和打印尺寸的不同而有所不同。)

支持的成型材料:

 

耐高温 (RGD525)、刚性不透明白色 (VeroWhitePlus)、刚性不透明蓝色 (VeroBlue)、刚性不透明黑色 (VeroBlack)、刚性不透明灰色 (VeroGray)、类聚丙烯材料(Durus  和 Endur)、透明刚性(VeroClear  )

支撑材料类型:

FullCureR705

电源要求

单相:100-120V~;50-60Hz;7A
200-240V~;50-60Hz;3.5A

打印机外观尺寸(宽×厚×高)

82.5×62×59厘米

打印机重量

93公斤

软件

Objet Studio™:自动化构建向导; 支架结构自动实时生成; 

工作站兼容性:

Windows XP;Windows 7

网络连接

Ethernet TCP/IP 10/100 base T

输入文件格式

STL和SLC文件

工作环境

温度:18~25摄氏度

相对湿度

30 - 70 %

喷射头

两个喷射头

其它特色

办公应用无噪声

 

2、金属3D打印机

金属烧结(SLM)是使用金属粉末直接打印金属零件的一种3D打印技术。打印时,刮刀在成型缸基板上铺一层金属粉末,激光束将按零件各层截面轮廓选择性地熔化粉末,加工出当前层。一层烧结完成后,升降系统下降一个截面层的高度,铺粉辊在已成型好的截面层上再铺一层金属粉末,烧结下一层,如此层层加工,直到整个零件烧结完毕。整个成型过程在抽成真空或充满保护气的加工室中进行,以避免金属在高温下与其他气体发生反应。

中瑞科技金属烧结技术使用了高能量密度、精细光斑直径的激光,能在极短的周期内,完成用常规方法需要数周甚至数月才能完成的复杂零件的建造。成型件不仅尺寸精度精准、强度高、质密度高,其力学性能及其他各方面性能十分优异。主要用于快速制作高精度、高质量的金属零件。

中瑞金属3D打印机iSLM150

成型件在未经抛光即有较佳的表面质量

成型件精度高,用于制作精密样件

直接制造金属功能件,无需中间工序,极大地简化了生产流程

具有冶金结构组织,致密度高(>99%),具有优异的力学性能,可省去后处理

根据零件的规模和复杂性,可在几分钟到几小时内完成对零件的制作

可直接制造出复杂几何形状的功能件(如:卡扣配合、活铰链)

材料适用面广,其金属粉末可为各类单一材料也可为多组元材料

特别适合于单件或小批量的功能件定制制造。

 

iSLM150参数

 

 

 

 

3、FDM桌面3D打印机(学生教学使用)

 

设备介绍

Educaiton Box是广州造维公司推出的一款主打产品,该款产品具有以下特点:

· 简洁开放式设计,可以直视打印过程

· 干净、无废料的构建方式

· 便携式好,在任何地方都可以工作

· 支持SD卡直接打印,可以在无PC环境下独立工作,使用十分方便

· 插入式材料输入,方便材料更换

· 自动化原点定位,不需要人工定位

· 强大的社区支持,方便学习和交流

· 专业免费的打印软件,将您的STL格式快速转换成可打印的数据

· 使用环保材料PLA,实现绿色打印

 

 

Educaiton Box 参数

1.打印技术:FDM熔融沉积技术

2.打印尺寸:330*250*300mm

3.打印头:双喷头,两个喷头不在同一高度,打印期间有高低切换功能,并有呼吸灯显示打印状态,喷头模块化设计,无需螺丝刀拆卸,可轻易安装

4.层分辨率:0.05mm--0.4mm

5.喷嘴直径:0.4mm

6.喷嘴温度:180--280℃

7.喷嘴加热时间:≤2min

8.平台加热时间≤4min

9.底板加热:支持

10.移动速度:30--200mm/s

11.XYZ定位精度:12.5/12.5/2.5micron

12.文件传输:U盘、SD卡

13.材料:PLA/PLA碳纤/H-PLA(耐温100度)/PETG/PETG碳纤/木塑WOOD/PVB

14.线材规格:1.75mm

15.支持文件类型:STL、OBJ、3MF

16.显示屏:3.5寸触摸屏

17.电源:100-240V,4A, 50-60HZ

18.设备重量:18.6KG

19.设备尺寸:480*380*550mm

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. HSCAN331手持式三维扫描仪

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HSCAN331手持式激光三维激光扫描仪是国内第一台面向工业检测的手持式激光三维扫描仪,打破了国外公司在该领域的垄断。目前该产品不仅在国内拥有众多用户,同时远销德国、捷克、挪威、日本、韩国、俄罗斯、澳大利亚和智利等众多海外市场,获得国内外用户一致认可和好评。

HSCAN331扫描仪工作时采用多条线束激光来获取物体表面的三维点云,操作者将设备握在手上,实时调整仪器与被测物体之间的距离和度,操作灵活方便简单易学。在扫描大体积物体时,可以配合全局摄影测量系统,消除累计误差,提高全局扫描的精度。该扫描仪可以方便携带到工业现场或者生产车间,并根据被扫描物体的大小、形状以及扫描的工况环境进行高效精确的扫描。

产品特点

Ø 便携高效,工作时操作人员手持设备,可以随时变化角度和距离对被测物体进行快速扫描;

Ø 仪器重量小于一公斤,放入安全防水箱后总重小于六公斤,轻松携带至任何场合;

Ø 目标点自动定位,不需要额外机械臂或其他跟踪设备,被扫描物体可以移动,无需固定

Ø 扫描数据实时呈现,真正实现“所见即所得”;

Ø 能扫描各种大小和形状的物体,小到鸡蛋,大如飞机,都可轻松应对;

Ø 具有快速扫描模式和深孔死角扫描模式:其中多束交叉线激光扫描,扫描速度快;单束独立工作线激光,可扫描各种深孔和死角;

Ø 采用千兆网线连接,能支持远距离正常工作

Ø 两个高分辨率的图像采集单元及一套激光发射器,扫描更清晰精确;

Ø 点云无分层,自动生成三维实体图形(三角网格面);

Ø 可内、外扫描,也可在狭窄的空间扫描,如飞机驾驶舱,汽车内部仪表板等无局限。同时可多台扫描设备同时工作扫描,所有的数据都在同一个坐标系中,无需后期拼接;

Ø 可通过点云密度选择来控制扫描文件的大小,根据细节需求,组合扫描不同的部位;

Ø 外部环境对扫描精度影响小,即使阳光直射也能正常工作;

Ø 汽车车漆镜面到黑色物体表面都能轻松应对,绝大部分情况下都不需要喷显像增强剂

 

 

 

HSCAN331扫描仪其技术参数

型号

HSCAN331

重量

0.95千克

尺寸

315*165*105毫米

光源形式

三束交叉激光线以及一束可以单独工作的激光线,共计7束激光线

扫描深孔及死角

额外单独工作的单束激光可支持深孔及死角扫描

框选精扫

支持扫描过程中实时框选精扫

小型件拼接

扫描小型薄壁件时可以通过在三侧分别独立贴一个点,实现不在一起的三个标记点拼接

扫描速率

265,000次测量/

激光类别

Ⅱ级(人眼安全)

分辨率

0.05毫米

精度

最高0.03毫米

体积精度1

(单独使用扫描仪)

0.02毫米+0.08毫米/

体积精度2

(配合全局摄影测量系统)

0.02毫米+0.025毫米/

基准距

300毫米

景深

250毫米

输出格式

. ply.xyz.dae.fbx.ma.obj.asc.stl等,可定制

工作温度

5~40

接口方式

千兆网

快速标定

软件具备用户快速标定校准功能,标定时间小于30

 

 

五、预期效益

通过实训室的建设,学生在教师指导下,掌握3D设备及软件的设计、制作技能,预期将在以下七个方面,完成实训作品,满足社会3D技术人才需求,服务地方经济发展。

 

1)工业制造:产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证;制作模具原型或直接打印模具,直接打印产品。

 

 

 

 

 

 

 

 

2)文化创意和数码娱乐:形状和结构复杂、材料特殊艺术表达载体。

 

 

 

 

 

3)航空航天、国防军工:复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件机构的直接制造。

    

4)生物医疗:人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。 

 

 

 

 

5)消费品:珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意作品的设计和制造。

(6)建筑工程:建筑模型风动试验和效果展示,建筑工程和施工(AEC)

模拟。

 

 

 

 

 

7)教育:模型验证科学假设,用于不同学科实验、教学,学生毕业设计模型制作,学生参加技能大赛等

 

 

 

 

 

 


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