甘肃省大学生创新创业训练计划项目申报表创新训练项目.docx

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1、甘肃省大学生创新创业力11练计划项目申报表（创新训练项目）推荐学校：兰州理工大学技术工程学院项目名称：基于arduino技术UM2结构3D打印机设计实践所属一级学科名称：机械工程项目负责人：胡鹏程联系电话：指导教师：陆学斌联系电话：申报日期：2019年4月25日甘肃省教育厅制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无二、格式要求：表格中的字体采用小四号宋体，单倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或签字笔签名。三、填报者须注意页面的排版。项目名称基于Arduino技术UM2结构3D打印机设计实践项目所属一级学科机械工程项目实施时间起始时间：2

2、019年6月完成时间：2023年6月项目简介（100字以内）以Arduino作为控制系统的开发工具，MEGA2560开发板和4988步进电机驱动模块为硬件核心；X、Y轴采用42步进电机+同步带驱动模式，Z轴采用双42步进电机+消隙丝杠结构；设计高扭远程挤出系统和高精度温度控制打印喷头。通过项目实践，即可完成一台高精度UM2结构的3D打印机，又可使机械专业知识得到综合应用训练。申请人或申请团队姓名年级学号所在院系/专业联系电话E-mai1主持人胡鹏程2017机电工程学院贺忠山2017机电工程学院成员米宏昌2017机电工程学院王世凯2017电气工程学院指导教师第一指导教师姓名陆学斌单位机电工程学院

3、年龄40专业技棚务副教授主要成果获甘肃省科技进步二等奖、三等奖各一项，主编教材3套5本，发表科研论文7篇，申请专利4项，指导学生获得全国竞赛一等奖1次，二等奖2次、三等奖3次，省部级竞赛一等奖3次，二等奖3次，2次被教育部教育管理信息中心评为最佳指导教师，先后获校级教学新秀和教学优秀奖荣誉称号。二导师第指教姓名高双单位机电工程学院年龄34专业技槐务讲师主要成果主编教材2本，发表科研论文2篇，申请专利2项，省部级竞赛一等奖1次，二等奖2次，获三育人奖1次。一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、己有的实践创新成果等）机械传动设计、制造装备设计、互换性技术、C语言编程及控制系统等专

4、业知识的学习，己基本能为项目开展奠定了基础。此外，项目组成员都在学校科创中心参与大学生科技创新项目，具有较好的项目开展的动手能力和外部环境条件。近年，参与设计的科创项目及获奖情况，螺旋式颗粒状食品干燥设备设计获全国信息技术大赛团体一等奖；水果包装机获甘肃省赛区一等奖、全国一等奖，快递分拣系统获机械创新设计大赛甘肃赛区一等奖，国家二等奖。二、项目方案具体内容包括：1、项目研究背景3D打印技术，属于新一代绿色高端制造业，与智能机器人、人工智能并称为实现数字化制造的三大关键技术，这项技术及其产业发展是全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮的重要基础。国内3D打印行业已经有30余年发展历史，但是早期的发展都

5、被称为学院派，因为大部分都是在理论阶段，近年随着国外在3D打印技术的突破以及在某些领域的应用，也让国内的学院派走向实践道路，同时国内很多商家看着这个领域，一定成程度上推动了国内3D打印行业的发展。目前在教育领域应用的3D打印机，主要存在以下问题：（1）主要应用的以结构和稳定型较差的13型打印机为主,额定区域和打印精度差，无法达到教学科研和学生科技创新的需求；（2）高精度、超大额定区域的3D打印机价格昂贵，维护成本高，往往导致变成实验室的“金娃娃”、“瓷娃娃”，不能发挥设备的实际价值，为师生提供科研、科创支持。本项目通过借鉴研究设计基于Arduino开源技术，以MEGA2560开发板为核心，GR

6、B1技术为基础，采用数控机床42步进电机和同步带、消隙丝杠实现空间X轴、Y轴及Z轴的高精度定位，应用高扭矩步进电机驱动脚料轮的远程挤出机构，实现打印原材料的精确送料，采用30W高功率加热电阻配合热敏电阻高精度控制熔料温度。结构稳定、传动精度高，开源系统设计简单可靠，在较低成本投入的情况下，不仅能够实现高精度超大额定区域的3D打印造型，而且为同学提供了综合应用专业知识，系统设计、装配、调试制造的完整过程，对机械专业的同学来说，是一个非常难得的训练机会。本项目组成员及指导教师近年多次参与科创设计及各级别竞赛获奖，如：螺旋式颗粒状食品干燥设备设计获全国信息技术大赛团体一等奖；水果包装机获甘肃省赛区一

7、等奖、全国一等奖，快递分拣系统获机械创新设计大赛甘肃赛区一等奖，国家二等奖；拥有较强的理论和实践经验，能够胜任项目的研究开展。2、项目研究目标及主要内容（1）研究目标基于机械专业基础，结合ArdUino技术，设计制造一台高精度（0.02mm）、超大额定区域（35Omm*350*3（X）mm）的UM2结构的3D打印机；通过设计、制造、安装、编程、调试环节，综合锻炼学生专业实践，传动设计、强度校核、三维建模、工艺分析与设计，装配调试，理解理论与实际的差距和结合，对项目运作过程有一个体系化的认识。3、项目创新特色概述该项目突出“自制自用、自给自足”的创新特色。首先，3D打印机的工作和运动原理与“工业

8、母机”的机床（我院机械专业主要研究对象）的极其相似，通过3D打印机的设计制作训练，有助于学生理解机床设计和运作，其次，3D打印机本身也是先进的制造设备，本次研究制造的打印机可用于今后科研创新的加工设备。4、项目研究技术路线项目研究包括机械本体设计和电气控制两个部分。（1）机械本体平面运动设计（X、Y轴）X、Y轴运动分别采用步进电机通过同步带驱动圆柱导轨，同时在圆柱导轨上配置与同步带固定的滑块，步进电机顺时针、逆时针旋转，带动同步带，拖动滑块实现沿X、Y轴的精确直线运动，不同的X、Y坐标可完全、准确覆盖打印面内的任一点。空间垂直运动设计（Z轴）Z轴为打印层高控制方向，设计高精度为0.01mm,普

9、通精度0.02mm,其精度要求高，但运动速度与频率低，故采用步进电机通过联轴器与丝杠连接，并配置消隙的丝杠螺母，以确保运动精度的实现。送料设计（挤出机）挤出机采用双槽轮设计，确保足够的挤出力，并防止打滑。熔料设计（温控喷嘴）采用30W大功率加热电阻、高灵敏度热敏电阻，控制系统实时监控温度进行调控,确保打印温度误差小于打印平台设计（托盘、热床）打印平台是3D打印的成型、保型区。通过采用晶格玻璃保证打印区域的平整度，此外，超大功率IOOW的加热片，通过测温电阻为平台提供恒定的成型温度，避免材料快速冷却带来的翘边、失形等残次。（2）电气控制硬件搭建采用MEGA2560开发板+Ramps1.4扩展板+

10、A4988驱动器+12864液晶控制屏软件设计采用ArdUino开源技术二次开发MarIinI.1.6固件系统，搭建GRB1数控系统，实现对G-COde代码的运行。5、研究进度安排（1） 2019.6-2019.7项目准备（2） 2019.7-2019.7总体方案设计(3) 2019.8-2019.9X、Y、Z三轴运动设计(4) 20i9.9-2019.10送料机构、熔料装置及平台设计(5) 2019.10-2019.10材料采购及本体安装(6) 2019.11-2019.12软件开发及调试(7) 2023.01-2023.03系统调试及打印参数优化(8) 2023.04-2023.06技术资

11、料整理及申报专利6、项目组成员分工序号姓名负责工作备注1胡鹏程总体设计2贺忠山三轴运动设计3米宏昌挤出机、平台设计4王世凯编制软件三、学校提供条件(包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等)开设零部件三维设计实训、数字化设计制造实训及3D打印及逆向实训，在项目管理与支持方面建立了学院、系室两级精品课程建设管理体系，给予项目建设专家、经费和实验教学条件优先建设的支持与鼓励政策。四、预期成果1 .UM2结构3D打印机样机1台2 .双轮平衡挤出装置一实用新型专利1项五、经费预算总经费(元)IOoOO财政拨款(元)5000学校拨款(元)5000注：总经费、财政拨款、学校拨款由学校按照有关规定核定数目进行填写具体包括：1 .调研、差旅费1500元2 .欧标2023铝型材及框架配件600元3 .步进电机及传动配件3000元4 .MEGA2560开发板及配套系统2000元5 .热床及打印平台800元6 .打印复印印刷费300元7 .申请专利费1800元六、导师推荐意见签名：年月日七、院系推荐意见院系负责人签名：学院盖章：年月日八、学校推荐意见：学校负责人签名：学校公章年月B注：表格栏高不够可增加。