笔式打印机

这个项目在2022年度3D体验项目大赛中荣获第二名，感谢大家的支持！点击此处查看：https://poty.edu.3ds.com/ 这台笔式打印机是我们弗朗西斯·帕克学校工程荣誉课程的毕业设计项目。作为两名高二学生，我们花了大约9周时间进行机器的设计、编程和改进。该项目的目标是创建一个CNC风格的打印机，能够在短短几个小时内处理并输出点阵和线阵图像。因此，最终的设计具有三个自由度，可以在X、Y和Z平面上移动。该打印机采用步进电机，在X轴和Y轴方向上的精度高达0.1125度，在不受笔尖宽度限制的情况下，可以实现惊人的3840 x 2160分辨率。实际上，使用 0.4 毫米笔尖时，分辨率可达 635 x 476，依然能够创建高质量图像。步进电机（GT2 同步带缠绕在皮带轮上）确保了快速运动，而丝杠机构则无法实现这种快速运动，同时还能保持 CNC 机床所需的精度。整个组件均使用 SOLIDWORKS 设计，并融合了多种制造工艺：CNC 加工、手工加工、3D 打印增材制造和激光切割。

CNC的Z轴采用齿轮齿条机构，该机构是我们使用SOLIDWORKS软件，通过方程驱动曲线从零开始设计的。为了分析模型并确保其刚性，我们使用SOLIDWORKS Simulation软件进行了应力分析，从而确保该机构在悬臂载荷下不会失效。装配完成后，我们使用Python开发了一个图像处理程序，该程序可以根据摄像头输入生成指令列表。利用OpenCV库，计算机使用高斯阈值图像处理算法将彩色图像转换为黑白图像，该黑白图像显示了页面上应该放置点的位置。该图像被视为一个点列表，并经过最近优先路径生成算法，该算法立即将路径转换为Arduino的指令，其中包括根据悬臂水平移动时的下落来调整笔高的指令。