I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   6 Dec em b er   201 9 ,   p p .   4 7 4 9 ~ 4 7 5 7   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 6 . p p 4 7 4 9 - 4757           4749       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Desig n and   i m ple m en tatio n   o f  a  th ree  di m e nsio ns   (3 D)  pri nter   for  m o deling   a nd  pre - m a nufac turin g  appli ca tions         G ha zi  Q a ry o uti 1 ,   Abdel Ra h m a Sa lba d 2 ,   So ha ib A.   T a m i m i 3 ,   Anw a Al - M o f leh 4   Wa el  A.   Sa la h 5 ,   Q a ze m   J a ber 6   1 , 2, 3, 6 De p a rtm e n o f   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g ,   Al - Ba lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsit y Jo rd a n   4 F a c u lt y   o f   En g in e e rin g   T e c h n o lo g y ,   A l - Ba lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsity ,   Jo rd a n   5 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y ,     P a les ti n e   T e c h n ica Un iv e rsit y - K a d o o rie ( P T UK ),   P a les ti n e         Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   16 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Ma y   6 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   J u n   2 6 ,   2 0 1 9       T h e   th re e - d ime n sio n a (3 D)  p rin ti n g   tec h n o l o g ies   re p re se n a   re v o lu ti o n   in   th e   m a n u f a c tu rin g   se c to d u e   t o   th e ir  u n iq u e   c h a ra c teristics .   T h e s e   p rin ters   a re c a p a b le t o   in c re a se   th e   p ro d u c t iv it y w it h lo w e c o m p lex it y   in   a d d it io n   t o t h e   re d u c ti o n   in m a teria wa ste   a w e ll   th e   o v e ra ll   d e sig n   c o st  p rio larg e   sc a le m a n u f a c tu rin g . Ho w e v e r,   th e   a p p li c a ti o n o f   3 p r in ti n g   te c h n o l o g ies   f o th e   m a n u f a c tu re   o f   f u n c ti o n a c o m p o n e n ts  o d e v ice re m a in   a n   a l m o st  u n e x p lo re d   f ield   d u e   to   th e ir  h ig h   c o m p lex it y .   In   th is  p a p e th e   d e v e lo p m e n o f   3 p ri n ti n g   tec h n o lo g ies   f o th e   m a n u f a c tu re   o f   f u n c ti o n a p a rts  a n d   d e v ice f o d i ff e re n a p p li c a ti o n is  p re se n ted .   T h e   u se   o 3 p rin ti n g   tec h n o l o g ies   in   th e se   a p p li c a ti o n sis  w id e l y u se d   in   m o d e li n g d e v ice u su a ll y   in v o lv e e x p e n siv e   m a t e ri a ls  su c h   a c e ra m ic o c o m p o u n d s.  T h e   re c e n a d v a n c e in   th e   i m p le m e n tatio n   o f   3 p rin ti n g   w it h   th e   u se   o f   e n v i ro n m e n tal  f rien d ly   m a teria lsin   a d d it io n   t o   th e   a d v a n tag e o f h ig h p e rf o rm a n c e   a n d   f le x ib il it y .   T h e   d e sig n   a n d   im p le m e n tatio n   o f   re lativ e l y   lo w - c o s   a n d   e ff icie n 3 p rin ter  is  p re se n ted .   T h e   d e v e lo p e d   p ro t o ty p e   wa s   su c c e ss f u ll y   o p e ra ted   w it h   sa ti s fa c to ry   o p e ra ted   a sh o w n   f ro m   t h e   p rin te d   sa m p les   sh o w n .     K ey w o r d s :   3 p r in tin g     A p p licatio n s   E n er g y     E n v ir o n m e n tal    Ma n u f ac t u r i n g       Co p y rig h ©   201 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   An w ar   A l - Mo f le h ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g   T ec h n o lo g y ,     Al - B alq a’   A p p lied   Un i v er s i t y ,     Ma r k a A s h a m alia,   J o r d an .   E m ail:  a n w a r a l m o f leh @ y a h o o . c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h ter m   t h r ee   d i m e n s io n s   ( 3 D)   p r in ter s m o s tl y   li n k ed   to tech n o lo g ies  s u c h   as:   r ap id   p r o to ty p i n g   ( R P ) ,   d ir e ct  d ig ital  m an u f ac t u r in g   ( DDM ) ,   la y er ed   m a n u f ac tu r in g   an d   3 p r in tin g .   T h w h o le  g r o u p   o f   3 p r in ter s   is r elate d   to   th d e v e lo p m e n a n d   m o d ell in g o f   d if f er en t   o b j ec ts   b y   p r i n ti n g   th e m   i n   la y er   f o r m .     T h h is to r y   o f   th i s   tech n o lo g y   i s   y et  u p   to   d ate.   T h r o u g h o u t w h ic h   v ar io u s   n a m e s   h ad   b ee n   ass ig n ed   in cl u d in g   s ter eo   lit h o g r ap h y ,   3 lay in g   a n d   th 3 p r in tin g   th a is   co m m o n l y   u s ed   ter m .   T h ad d itiv m an u f ac t u r in g   ( A M)   i s   a   ter m   to   d escr ib s et  o f   tec h n o lo g ies   th a p r o d u c 3 o b j ec ts   b y   ad d in g   la y er in g   th m ater ial  a d if f er e n u p o n   -   la y er   f o r m .   T h u s ed   m ater ials   ca n   v ar y   b ased   o n   t h p r o to t y p to   b p r o d u ce d .   B u th er ar s o m e   co m m o n   f ea tu r e s   f o r   all  A d d itiv m an u f ac t u r in g ,   s u ch   as   u s a g o f   co m p u ter   to g eth er   w it h   s p ec ial  3 m o d e lin g   s o f t w ar eto o ls .     T h f ir s s tep   o f   t h 3 m o d e llin g p r o ce s s   is   to   cr ea te  co m p u ter   aid ed   d esig n   ( C A D)   d esi g n   s k etc h .   Af ar   th at  A d ev ice  r ea d s   d ata  f r o m   C AD  f ile  a n d   b u ild s   a   s tr u ct u r la y er . T h u s o f   t h i n n er   la y er s   is   m o s n o ticea b le  in   t h s u r f ac f in i s h   o f   p r in ts   w i th   d ia g o n al  o r   cu r v ed   s u r f ac e s .   T h er eso lu tio n   o f   th d e v elo p ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 Dec em b er   201 9   :   4 7 4 9   -   4 7 5 7   4750   m o d el  g e n er all y   d eter m in ed   b y   t h ese  th i n   la y er s . I n   ad d iti o n   th et h ic k n e s s   v al u o f   ea c h   la y er   i s   m o s tl y   d eter m in ed   an d   d ef i n ed   in   s p ec if icatio n   s h ee ts .   A   s t u d y   r e v iv e s   th u s e s   o f   3 - p r in tin g   co m p ar ed   w it h   o th er   p r m as  m a n u f ac tu r i n g   tec h n iq u es  i s   p r esen ted   [ 1 ] .   I s h o w s   t h at  3 - p r in ti n g   allo w s   p r o d u cts   cu s to m izatio n   esp ec ial l y   w h en   p r o d u ce d   at  lo q u an tit ies  at  r elativ e l y   lo w   co s t.  T h is   r o w in g   i n   u s tec h n o l o g y   en ab le s   co n s u m er s   to   b ab le  to   o r d er   th eir   cu s to m ized   d esi g n s   o n li n at   r ea s o n ab le  co s t s .   I n   ad d itio n ,   it   en ab les   t h co m p a n ie s   to   m a n eu v er   at   v er y   lo w   o r   n o   u n s o ld   f i n is h ed   g o o d s   i n v e n to r y .   As  w ell  th e   3 - D   co u ld   co n s id er ab l y   r ed u ce   th e   p r o d u cin g   s m all   lo t   s izes  i n   lo w - w a g co u n tr ies  v ia  r ed u ce d   n ee d   f o r   f ac to r y   wo r k er s   [ 1 ] .   A   s tu d y   s h o w ed   th at  th p r o d u ct  m ap   f o r   3 p r in tin g   p r o d u cts  p r o v id es  r ef er en ce   s y s te m   f o r   ev a lu ati n g   p r o d u cts  a n d   th eir   s u it ab ilit y   f o r   p r in tin g .   A l s o   th b u s i n ess   lead er s   co u ld   lo ca lize  th eir   p r o d u ct  to   d eter m i n i f   it  i s   in   r eg i o n   w h er ad d itiv e   m an u f ac t u r in g   i s   li k el y   to   p r o v id an   ad v an ta g o v er   co n v e n tio n al  m a n u f ac tu r i n g .   T h 3 p r in tin g   co u ld   b co n s id er ed   tech n o lo g y   w it h   l o w - co s t c u s to m izatio n   le v els  [ 2 ] .   Mo s F u s ed   Dep o s itio n   Mo d elin g   ( FDM)   p r in ter s   co n s u m er   clai m   s tan d ar d   p r in ti n g   h eig h t s   o f   b et w ee n   ( 0 . 1   -   0 . 3 )   m m   alt h o u g h   t h e   Ult i m a te  2 ,   w h ic h   is   co n s id er ed   h i g h   r eso l u tio n   d esk to p   3 p r in ter ,   b o asts   o f   ( 0 . 0 2 )   m m   la y e r   h eig h t. A cc o r d in g   to   h ig h   q u alit y   3 p r in ter s   m a n u f ac tu r er s ,   3 p r in te r     w it h   ( 0 . 1   -   0 . 3 )   m m   la y er   r eso lu tio n   co m e s   at  a   r an g o f   ( 1 0 0 0   -   3 0 0 0 )   d o llar ,   th is   h i g h   co s li m it s   t h ab ilit y   o f   o r d in ar y   p eo p le  to   b u y   t h ei r   o w n   3 p r in ter   a n d   as   r es u lt,  t h is   li m it s   t h ac ce s s ib ilit y   o f   th is   tec h n o lo g y   to   th w o r ld .   L ar g ex te n o f   r ea l - ti m d ata  o f   p r o d u ct  m an u f ac tu r i n g   c y cle  ( P MC)  r eq u i r es  to   b p r o p er ly   ev alu a ted .   T h ar ch itectu r e   o f   d ata  an al y tics   f o r   p r o d u ct  m a n u f ac tu r i n g   c y cle  o f   f u s ed   d ep o s itio n     m o d eli n g   ( FD M)   tech n iq u o f   3 p r i n tin g   w as  p r o p o s ed   [ 3 ] .   T h p r o p o s ed   ar ch itectu r e   r ea lizes  t h d esi g n   m o d eli n g   d ata  ac ce s s ib ili t y   a n d   3 p r in tin g   p r o d u ct  co u ld   b ea s il y   i m p le m en ted .     T h u s o f   n e w   d ev elo p ed   d ig ital  elec tr o n ics   s u ch   as  m icr o co n tr o ller s   en ab le  t h i n   i n t eg r atio n   o f   th 3 p r in ter s   w it h   I n ter n et   o f   T h in g s   ( I o T )   [ 4 ] .   T h ese  tech n o lo g ies  co n n ec t   ev er y t h in g   in   t h s m ar w o r ld   d ail y .   I is   f o u n d   to   b th k ey   tec h n o lo g y   d e v elo p ed   to   r e a lize  f o r   w id r an g o f   I o T   a p p licatio n s   s u c h   as   s m ar h o m es  i n   ad d itio n   to au t o m a ted in d u s tr ial  a p p licatio n s   [ 5 ] .   T h er ef o r th co m p o n e n t s   u s ed   to   i m p le m e n t   th 3 p r in ter s   to   b co m p ati b le  to   ea s y   in te g r ate  w i th .   T h o u g h t h w id u s e   o f   B L D C   m o to r s   d u to   t h eir   f ea t u r an d   d ig itall y   co n tr o lled   d r iv es  b ec am a m o n g   th ch o ice s   to   b co n s id er ed   th r o u g h o u   th d esi g n   p r o ce s s   [ 6 ]   T h co n s tr u ctio n   in d u s tr y   is   h i g h l y   d ep en d en t o n   v ar io u s   p ar a m eter s   a f f ec ti n g   t h i m p le m e n tatio n   o f   th 3 - p r in ti n g .   T h m ai n   p ar a m eter s   in cl u d ac cu r ac y ,   p r in ti n g   m ater ials   a v ailab ilit y ,   th co s t,  an d   p r in tin g   ti m e.   O n   th o t h er   h an d   v ar i o u s   b en e f it s   ca n   b ac h iev ed   s u c h   as   t h w as te  r ed u ctio n ,   f le x ib le  d esi g n   an d   r ed u ce d   m a n p o w er   w h ic h   co u ld   co m p en s a te  s o m o f   p r in tin g   co s t.  Yet,   s ti ll  s o m li m itatio n s   ar is e s   li k e   th ap p licab ilit y   in   lar g e - s ca le   p r o j ec ts   an d   th lif c y cle  co s o f   3 - p r in ted   co n s tr u ct i o n   p r o j ec ts   as  th lif c y cle  p er f o r m an ce   o f   th e   p r in ted   p r o j ec ts   s till   u n clea r .   O n ce   t h ese   li m itatio n   ar ad d r ess ed   i n   t h n e x t   g en r ati io n   o f   th 3 co n s tr u ct io n   p r in ter s   t h 3 - p r in ti n g   c o n s id er   as  p o ten t ial  tec h n o l o g y   i n   co n s tr u c tio n   in d u s tr y   [ 7 ]   A   3 D   p r in ter   p r o to t y p s u cc ess f u l l y   d ev elo p ed   an d   f u l l y - i n teg r ated   s y s te m   w h ic h   i n co r p o r ates    m ec h a n ical  p lan t,  elec tr o n ics,  d r iv er s ,   e m b ed d ed   co n tr o ller s ,   an d   s o f t w ar i n te r f ac i s   r ea lized .     T h p r esen ted   p r o to ty p is   u s ed   as  an   ed u ca tio n al  r e f er en ce   f o r   m ec h atr o n ics  d es ig n   d ev ices  p r in ter s   [ 8 ] .   T h 3 p r in ter s   ar ex p lo r ed   ar in teg r ated   a n d   u s ed   i n   m a n y   ap p licatio n   n o w ad a y s   w h ic h   ar n o li m ited   to   in d u s tr ial  an d   p r e - m a n u f ac tu r in g   o n l y .   T h ai m   o f   t h is   p ap er   is   to   p r o p o s t h d esig n   an d   im p le m e n ta  h i g h   r eso lu tio n   3 p r i n ter .   T h r elate d   s y s te m   co m p o n e n ts   in cl u d in g   th e   m ec h a n ical  s y s te m ,   el ec tr ical  s y s te m   a n d   co n tr o s y s te m   i s   r ea lized   i n   r elativ el y   c h ea p   a n d   s i m p le   co m p ar in g   to   s a m tec h n o l o g y   co m m er ciall y   av ailab le. T h m e n t io n ed   d if f e r en d esi g n   an d   i m p le m e n tatio n   s tep s   o f   t h d ev elo p ed   3 d ev ice  ar p r ese n ted   in   d etails i n   t h f o llo w i n g   s ec t io n s .       2.   3 P RINT E DE SI G AN M ANUF ACTURI N G   Si m u late   an d   b u ild   o f   p ar ti cu lar   d esi g n   i s   ca r r ied   o u t   u t ilizin g a   s p ec ialized   co m p u ter   p r o g r a m .     T h b u ilt  o f   an   i m a g i n atio n   p ar ticu lar   d esig n s h o u ld   g o   to   th f o llo w in g   s tep   o f   t h p r o p o s e d   d esig n .   T h is   ca n   b ea s il y   r ea lized   o n ce b u ild in g   s i m u lated   m o d el  o n   s p ec ialized   co m p u ter   p r o g r a m   li k So lid w o r k s w h ic h   u s ed   i n   t h is   r esear c h . T h So lid w o r k s s o f t w ar is   m ec h a n i ca d esig n   au to m atio n   to o th at  aid s   to s k etc h   o u t   id ea s   q u ick l y .   Als o   th i s   to o c o u ld   ex p er i m en th d esig n   with   its f ea t u r es  an d   d i m e n s io n s   to   p r o d u ce   m o d els   an d   d etailed   d r aw in g s   a s   s h o wn   in   Fig u r 1   w h ic h   s h o w s   t h e   p r o p o s ed   3 p r in ter   d esig n .   As s h o w n ,   f r o m   t h 3 m o d el   o f   t h d esi g n ,   t h d esi g n er   ca n g et   clea r   p er s p ec ti v ab o u t   th d esi g n   s h ap e,   m o tio n   s i m u latio n ,   p r ec is d i m e n s io n s   f o r   ea ch   co m p o n en as  w ell  s tr o n g   b ac k g r o u n d   to   i m p le m en t   th d esi g n   in   r ea w o r ld .   So ,   th is   s tep   is   a n   i m p o r ta n s tep   t o   s u cc es s f u i m p le m en an e n g in ee r in g   d esi g n   an d   en g i n ee r i n g   w o r k .   Mo r eo v er ,   t h is   r ed u ce s   th co s t o f   w aste c o m p o n en t s ,   ti m an d   m o n e y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a   th r ee   d imen s io n s   ( 3 D)   p r in t er fo r   mo d elin g   a n d …  ( Gh a z i Q a r yo u ti )   4751       Fig u r 1 .   3 m o d el  is o m etr ic  p r o j ec tio n       3.   DE S I G I M P L E M E NT AT I O O F   3 P RINT E R   Ma n u f ac t u r i n g   a n d   i m p le m e n tin g   t h d esi g n   in   r ea w o r ld   is   t h p r o ce s s   t h at  s tar ts   f r o m   g etti n g     th f ir s co m p o n e n w h ic h   is   th f r a m e,   as s e m b li n g   m ec h an ical,   elec tr ical  a n d   co n tr o s y s te m s ,   to   g ett in g     th f in al  p r o d u ct  as  f o llo w :   Star tin g   w it h   t h f r a m e,   t h f r a m s h o u ld   b m ad an d   a s s e m b lin g   ac co r d in g   to   th s h ap an d   p r ec is d i m e n s io n s   ta k e n   f r o m   3 m o d el  o f   t h d esi g n . T h f r a m w a s   m ad f r o m   I r o n   as  s h o w n   i n   Fi g u r 2   w it h   s m all  d i m en s io n s   er r o r   p er ce n tag t h at  d o es  n o ex ce e d   f e w   m illi m eter s   w h ic h   is   an   ac ce p tab le  o n e.   T h r ea l f r am d i m e n s io n s   w e r e:  L en g t h : 4 4 2   m m ,   W id th : 3 5 3   m m   an d   Hei g h t: 4 6 1   m m .             Fig u r 2 .   3 p r in ter   ir o n   f r a m e       T h f o llo w i n g   s tep   is   t h m o u n ti n g   l in ea r   b ea r in g ,   ax e s   li n e ar   s h a f an d   li n ea r   b ea r in g   s h a f s u p p o r t.  th lin ea r   b ea r in g ,   w h ic h   h a s   ( 8   m m )   b o r d ia m eter ,   is   m o u n ted   to   Z   ax e s   lin ea r   s h a f t s   th at  h a s   th s a m e   s h a f d ia m eter ,   t h en   h o ld i n g   li n ea r   b ea r in g   s h a f s u p p o r ts   ( 8   m m   b o r e)   to   f r a m e.   T h en   m o u n tin g     th co m b i n atio n   o f   li n ea r   b ea r in g   an d   a x es   li n ea r   s h a f ts   to   li n ea r   b ea r in g   s h a f s u p p o r ts   as   s h o w n   i n   F ig u r 3 .   T h is   p r o ce s s   s h o u ld   ca lib r ate   p r ec is el y   to   r es u lt   i n   t w o   p ar allel  f ac in g   a x es   li n ea r   s h a f ts   to   s atis f y   li n ea r   b ea r in g s   s lid in g   m o tio n .   T h s o lid   co m p o n e n ts a s   s h o wn   i n   Fig u r 4   ar f o r m ed i n   a   s p ec if ic  s h ap a n d   d i m en s io n s   to   s atis f y   th d esi g n   r eq u ir e m en ts .   S u c h   r eq u ir e m en ts li k f i x i n g   s te p p er   m o to r s   w i th   f r a m to   h o ld   th 3 p r in ter   ex tr u d er ,   ax i s   lin ea r   s h a f t a n d   h ea t ( P r in t)   b ed .   T h estep p er   m o to r s   a n d   m ec h an ica tr an s m is s io n   s y s te m s   in s tallat io n   ar s h o w n   i n   F ig u r 5 .     T h Z   s tep p er   m o to r s   in s tallatio n   p r o ce s s   h ad   d o n e   b y   m o u n ti n g   t h ese   s tep p er   m o t o r s   to   f r a m u s in g     s p ec if icall y   d esi g n   s o lid   co m p o n en ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 Dec em b er   201 9   :   4 7 4 9   -   4 7 5 7   4752         Fig u r 3 .   Ax es  li n ea r   s h af t,  li n ea r   b ea r in g   an d   s h af s u p p o r t c o m b i n atio n     Fig u r 4 . So lid   co m p o n e n t s           Fig u r 5 .   Z   s tep p er   m o to r s       Af ter   ill u s tr ati n g   th s tep p er   m o to r s ,   th e n   in s talli n g th e   co m p o n en ts   t h at  u s ed   to   tr an s m it  th m o to r   p o w er   to   th lo ad   w h ic h   is   th m ec h a n ical  tr a n s m is s io n   s y s te m .   T w o   t y p e s   o f   m ec h a n ical  tr an s m is s io n   s y s te m s ar u s ed :   a.   B elt,   p u lley  a n d   id ler p u lley  m ec h a n ica l tra n s mis s io n   s ystem :     T h is   t y p o f   m ec h a n ical  tr an s m i s s io n   s y s te m   is   u s ed   i n   o u r   d esig n   f o r   an d   ax e s   ( f o r   h o r izo n tal   m o v e m e n ts )   as  s h o w n   i n   Fi g u r 6 .   T h is   s y s te m   co n s is t s   o f   ( GT 2 )   ti m in g   b elt  w i th   ( 6   m m )   r u b b er   w id th ,   ( GT 2 )   tim i n g   p u lle y   an d   id ler   p u lle y   w i th   ( 5   m m )   B o r e,   ( 2 0   teeth )   an d   ( 1 0   m m )   w i d t h .   b.   Lea d   S crew   a n d   N u t m ec h a n ic a l tra n s mis s io n   s ys tem:     T h is   t y p o f   m ec h a n ical  tr an s m is s io n   s y s te m   i s   u s ed   in   o u r   d esig n   f o r   Z   ax i s   ( f o r   v er tical  m o v e m e n t)   as  s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   T h is   s y s te m   co n s i s ts   o f   ( 4 0 0   m m )   len g t h ,   ( 8   m m )   s h a f d ia m e ter   Stai n les s   s teel  lead   s cr e w   w i th   ( 2   m m )   p itch   a n d   co p p er   n u t.             Fig u r 6 .   B elt,   p u lle y   an d   id le r   p u lle y   m ec h a n ical  tr an s m is s io n   s y s te m     Fig u r 7 .   Scr e w   a n d   n u t   m ec h an ical  tr an s m is s io n   s y s te m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a   th r ee   d imen s io n s   ( 3 D)   p r in t er fo r   mo d elin g   a n d …  ( Gh a z i Q a r yo u ti )   4753   I n   th i s   s y s te m ,   t h li n ea r   m o t io n   is   i m p le m e n ted   b y   r o tati n g   th lead   s cr e w   a n d   th i s   r o tatio n   w ill   p u s h   t h N u u p   an d   d o w n   a cc o r d in g   to   t h d ir ec tio n   o f   r o tatio n .   Af ter   t h at   t h i n s tall atio n   a n d   co n s tr u ct   th elec tr ical  an d   co n tr o s y s te m s   i s   tak e n   p lace   in   th d esig n   3 p r in ter   s y s te m .   T h i s   p r o ce s s   in clu d es   m o u n ti n g   ( A 4 9 8 8 )   s tep p er   m o to r   d r iv er s   to   th R ep r a p A r d u in o   Meg a   P o lo l u   S h ield   ( R A MP S).   T h en   m o u n ti n g   th i s   co m b i n ati o n   to   A r d u i n o   Me g 2 5 6 0   co n tr o ller   as sh o w n   i n   Fi g u r 8 .   T h er ea f ter   t h e w ir i n g   s h o u ld   b d o n ac co r d in g   to   s ch e m a tic  w ir i n g   d ia g r a m   a n d   s ch e m atic  d etailed   d r a w i n g   o f   th ese  co m p o n e n t s   th at  ar r ef er r ed   to   m a n u f ac tu r in g   co m p a n y   as s h o w n   in   F ig u r 9 .           Fig u r 8 .   C o n s tr u ctio n   o f   co n t r o l s y s te m           Fig u r 9 .   Sch e m atic  w ir i n g   d i ag r a m   o f   3 p r in ter   elec tr ical  s y s te m       Af ter   t h at  t h i n s tallatio n   o f   th li m i s w i tch e s   to   3 p r in ter   b o d y   is   r ea lized .   T h m i n i m u m   p o s itio n   li m it   s w i tch e s   ar i n s talled   to   3 p r in ter   b o d y   as   s h o w n   in   F ig u r e   1 0 .   T h s w itc h   i s   u s ed   t o   in d icate   t h p o in t   th at  a n y   p r in ti n g   p r o ce s s   s tar t s   f r o m   ( Ho m in g   p o s it io n   o r   m in i m u m   p o s itio n ) .   T h is   in s tall atio n   p r o ce s s   p la y s   m aj o r   r u le  in   li m i tatio n   t h e   p r in tin g   ar ea   d i m e n s io n s ,   s i n ce   th m a x i m u m   p o s itio n   o f   ax i s   m a y b ta k en   r elativ to   m in i m u m   li m it   s witch   w h ic h   ca n   b d ef in ed   i n   f ir m w ar o r   b y   in s talli n g   an o th er   li m it  s w itc h   to   in d icate   th m a x i m u m   p o s itio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 Dec em b er   201 9   :   4 7 4 9   -   4 7 5 7   4754       Fig u r 1 0 .   Z   li m it s w itc h es c o n s tr u ctio n       Fin all y ,   t h m o u n ti n g   t h ex t r u d er   an d   h ea b ed   is   ca r r ied   o u t.  T h ex tr u d er   an d   h ea t   b ed   ca n   b e   m o u n ted   in   d i f f er e n w a y s   an d   to   d if f er en a x es.  I n   t h p r esen ted   d esig n   th ee x tr u d er   is   m o u n ted   to   ax i s   an d   Hea t B ed   is   m o u n ted   to   th Z   ax is   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 1   an d   1 2 .             Fig u r 1 1 .   3 p r in ter   ex tr u d er     Fig u r 1 2 .   3 p r in ter   h ea t b ed       4.   3 P rint er   Co nd it io nin g   f o O pera t ing   First  s tep   i n   co n d itio n i n g   3 p r in ter   f o r   o p er atio n   is   u p lo ad in g   t h f ir m w ar to   A r d u i n o   Me g 2 5 6 0   co n tr o ller   b y   u s in g   A r d u i n o   I n teg r ated   De v elo p m e n E n v ir o n m en ( A r d u in o   I DE )   c o m p u ter   s o f t w ar e.   T h is   f ir m w ar w ill   g o v er n   a n d   co n tr o th e   3 p r in ter   s y s t e m s . Af ter   u p lo ad in g   f ir m w ar to   t h co n tr o ller ,     w s h o u ld   f i n d   w a y   to   co m m u n icate   w i th   3 p r in ter ,   w h i ch   ca n   b ac h ie v ed   b y   t w o   w a y s :   A.   Usi n g   co mp u ter s o ftw a r e:   Usi n g   co m p u ter   s o f t w ar e,   w h ich   i s   s er iall y   co m m u n icate d   w it h   3 D   p r in ter   u s i n g   s er ial  c o m m u n icatio n   p o r t,  is   th b est ch o ice  f o r   3 p r in ter   u s er s   b ec au s it p r o v id es  m o r o p tio n   r ath er   th a n   u s i n g   L C D.     B.   Usi n g   Liq u id   C r ysta Dis p la ( L C D )   S ma r t c o n tr o ller   in terf a ce :   Usi n g   L iq u id   C r y s tal  Dis p la y   ( L C D)   s m ar co n tr o ller   in t er f ac e,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 3 ,   is   u s ed   as   s ec o n d ar y   m et h o d   to   co m m u n ica te  an d   s h o w s   t h m o s t   i m p o r tan p r i n tin g   p r o ce s s   p ar am eter s   o f     3 p r in ter .           Fig u r 13.   L C s m ar t c o n tr o ll er   in ter f ac e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a   th r ee   d imen s io n s   ( 3 D)   p r in t er fo r   mo d elin g   a n d …  ( Gh a z i Q a r yo u ti )   4755   5.   3 P RINT E CA L I B RA T I O N   T h s tep s   to   ca lib r ate  th p r in ter   co u ld   b lis ted   as:   a.   Get  th 3 m o d el  in   th f o llo w i n g   f ile  e x te n s io n s “A .   . s tl f i les  .   B .   . astf iles   .   C .   . 3 m f   f iles ”.   D.   . o b j   f iles .   E .   . g co d f iles .   F.  . g co f i les.   G.   . g   f ile s .   b.   C alli n g   t h 3 m o d el  b y   t h c o m p u ter   s o f t w ar e.   c.   Mo d if y i n g   t h 3 D   m o d el  ac co r d in g   to   y o u r   p r in ter   d i m en s io n s   t h r o u g h   Scal in g ,   R o tati n g   an d     o th er   o p tio n s .   d.   Sli cin g   th e   3 m o d el   u s i n g   d if f er e n s licer   li k C u r aE n g i n e,   Sl ic3 r ,   Sli c3 r   P r u s E d iti o n   an d   o t h er s .   T h is   p r o ce s s   s lices  th 3 m o d el  to   d if f er en la y er s   a n d   ea ch   la y er   is   co n v er ted   to   Z   co o r d in ates   k n o w n   as G - co d es th at  ar u s e d   to   d r iv th m o to r s .   e.   No w ,   t h p r in ter   is   r ea d y   to   p r in t t h f ir s t 3 p r in tin g .   T h e   b lo ck   d iag r am   s h o w i n g   t h s y s te m   f u n ctio n ali t y   o f   3 D   p r in ter   s y s te m   is   s h o w n   a s   in   Fig u r 1 4 .   T h d ev elo p ed   3 D   p r in ter   as  s h o w n   i n   Fig u r 1 5 .   T h p r o d u ct  p r in ted   w ith   p r o p o s ed   d esig n   o f   th 3 p r in ter   m o d el  is   f o u n d   to   b m atch in g   th 3 m o d el  b y   ( 9 0 %)  as  s h o w n   i n   Fig u r 1 6 .   T h m a in   s p ec if icatio n   o f   th p r esen ted   3 p r in ter   ar e:  th FDM  p r in T ec h n o lo g y ,   t h b u i ld   v o lu m e:  1 0 0   *   1 6 0   *   2 0 0   m m   ( Z ),   th la y er   r eso lu t io n 0 . 1   m m ,   t h f ila m en d ia m eter 1 . 7 5   m m ,   th n o zz le  d ia m eter 0 . 4   m m ,   h ea ted   b ed 1 2   v / 1 4 4   w att  P C B   h ea b ed ,   b u ild   s u r f ac e:  p o w er   s u p p l y DC   1 2   v / 2 4 0   w att,   p r o d u ct  W eig h t:  1 3 . 2 0 8   Kg ,   p r o d u ct  d i m en s io n :   4 4 2 L ,   3 5 3 W ,   4 6 1 H   ( Dim e n s io n s   ar i n   m m ) ,   i n p u t   f o r m at:  . s tl,  s p ee d   ( mm / s ) 2 0 2 0 0 ,   f ila m e n t t y p e : P L A   a n d   SD c a r d   co m p atib le.           Fig u r 1 4 .   B lo ck   Diag r a m   o f   3 P r in ter   Sy s te m           Fig u r 1 5 .   T h d ev elo p ed   3 p r in ter       Fig u r 1 6 .   So m o f   p r o d u cts p r in ted   b y   th d ev elo p ed   3 p r in ter       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 Dec em b er   201 9   :   4 7 4 9   -   4 7 5 7   4756   6.   CO NCLU SI O N     3 p r in ti n g   is   m o v i n g   i n   s e v e r al  d ir ec tio n s   a t h is   ti m a n d   all  i n d icatio n s   ar t h at  it  w i ll  c o n tin u to   ex p an d   i n   m an y   ar ea s   i n   t h f u tu r e.   So m o f   t h m o s t   p r o m i s i n g   ar ea s   i n cl u d m ed ical  ap p licatio n s ,     cu s to m   p ar ts   r ep lace m e n t,  a n d   cu s to m ized   co n s u m er   p r o d u cts.  As   m ater ia ls   i m p r o v e   an d   co s ts   g o   d o w n ,   o th er   ap p licatio n s   w ca n   b ar ely   i m ag i n e   to d a y   w i ll  b ec o m e   p o s s ib le.   T h d esi g n ed   p r o to t y p w as   s u cc e s s f u ll y   i m p le m e n ted   s te p   b y   s tep   in   ad d itio n   test ed   to   p r in d if f er en 3 p r i n ti n g   j o b s .   R es u lt s   o f     th p r in ted   o b j ec ts   b y   th e   i m p le m en ted   3 p r in ter   f o u n d   t o   b h ig h l y   m a tch i n g   t h 3 m o d el  b y   an   ab o u 9 0 %.  A s   w ell  t h d ev elo p ed   p r in ted   f o u n d   to   b o p er ated s m o o th l y   w it h   s at is f ac to r y o p er atio n .       RE F E R E NC E S     [1 ]   Be r m a n   B. ,   " 3 - D p rin ti n g T h e   n e w   in d u stria l   re v o lu ti o n .   Bu si n e ss   Ho rizo n s, "   v o l.   5 5 (2 ) ,   p p .   1 5 5 - 162 ,   2 0 1 2 .   [2 ]   Co n n e r   B. P . ,   e a l. ,   " M a k in g   se n se   o f   3 - p rin ti n g Cre a ti n g   a   m a p   o f   a d d it iv e   m a n u f a c tu rin g   p ro d u c ts  a n d   se rv ice s ,"   Ad d it ive   M a n u fa c t u rin g v o l.   1 - 4,   p p .   6 4 - 76 2 0 1 4 .   [3 ]   M a jee d   A . ,   e t   a l. ,   " De v e lo p in g   o f   a   m a n u f a c tu rin g   c y c le  a rc h it e c tu re   f o f u se d   d e p o siti o n   m o d e li n g   tec h n iq u e , "   In ter n a t io n a J o u rn a o L ig h twei g h M a ter ia ls a n d   M a n u fa c t u re ,   2 0 1 9 .   [4 ]   A lb re e m ,   M . A . M . ,   e a l. ,   " G re e n   in tern e o f   th in g (Io T ):  An   o v e rv iew , "   in   2 0 1 7   IE EE   4 t h   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   S m a rt I n str u me n ta ti o n ,   M e a su re me n a n d   Ap p li c a t i o n   ( ICS IM A) .   2 0 1 7 .   [5 ]   S to u k a tch ,   S . ,   e a l. ,   " A d d it iv e   lo w   te m p e r a tu re   3 p rin te d   e lec tro n ic  a e n a b li n g   tec h n o lo g y   f o Io T   a p p li c a ti o n , "   in   2 0 1 7   IE EE   1 9 t h   El e c tro n ics   Pa c k a g in g   T e c h n o l o g y   C o n fer e n c e   ( EP T C) .   2 0 1 7 .   [6 ]   S a lah ,   W . A . ,   e t   a l. ,   " I m p le m e n tatio n   o f   P W M   c o n tr o stra teg y   f o to rq u e   rip p les   r e d u c ti o n   i n   b ru s h le ss   DC  m o to rs ,"   El e c trica En g in e e rin g ,   v o l .   9 7 ( 3 ) ,   p p .   2 3 9 - 2 5 0 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   Wu   P . ,   J.  W a n g ,   a n d   X.  W a n g ,   " A   c rit ica r e v ie o f   th e   u se   o f   3 - p rin ti n g   in   th e   c o n str u c t io n   i n d u stry , "   Au to m a ti o n   i n   C o n stru c ti o n v o l.   6 8 ,   p p .   2 1 - 31 ,   2 0 1 6 .   [8 ]   Ra g a b   D.  a n d   T . A .   T u tu n ji ,   " M e c h a tro n ic  sy ste d e sig n   p ro jec t:  3 p rin ter   c a se   stu d y , "   in   2 0 1 5   IEE J o rd a n   Co n fer e n c e   o n   Ap p li e d   El e c trica l   En g in e e rin g   a n d   C o mp u ti n g   T e c h n o lo g ies   ( AE ECT ) IEE E ,   2 0 1 5 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        G h a z q a r y o u ti;   re c e i v e d   h is  B. S c .   in   e lec tri c a En g in e e rin g   f ro m   Da m a sc u u n iv e rsit y   in   1 9 8 2 ,   a n d   M . S   i n   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   A l - B a lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsit y   Jo rd a n   in   2 0 0 6 ,   a n d   P h . D.  d e g re e in   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   De   M o n tf o rt   Un iv e rsit y   in   L e ice ste r,   UK   in   2 0 1 5 .   His  re se a rc h   in tere sts  a re   i n   P o w e El e c tro n ics   a n d   El e c tri c   Driv e s,  En e rg y   E ff icie n c y   a n d   M a n a g e m e n t,   a n d   Re n e w a b le S y s tem .   Em a il :g h a z i_ q a ry o u ti @b a u . e d u . j o         Abd e R a h m a n   S a l b a d W a b o rn   in   Am m a n ,   Jo rd a n   in   1 9 9 3 ,   re c e iv e d   h is  B. S c .   in   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   A l - Ba lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsit y   Jo rd a n   in   2 0 1 8 .   He   im p le m e n ted   t w o   M e c h a tro n ics   sy ste m   p ro jec ts:  De sig n   a n d   M a n u f a c tu rin g   o f   T h re e   Di m e n sio n (3 D)  P r in ter ,   De sig n   a n d   M a n u f a c tu rin g   o f   P las m a   -   Ox y   f u e G a n tr y   CNC  M a c h in e .   C u rre n tl y   ,   h e   is  w o rk in g   a s 3 P rin ters   a n d   CNC  M a c h in e s De sig n e r         S o h a i b   A.  T a m i m i re c e iv e d   h is  B. S c .   in   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   A l - B a lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsit y ,   Am m a n ,   Jo rd a n   in   2 0 1 8 .   His  re se a rc h   in tere sts  a re   in   3 p ri n ters   a n d   CNC  Ox y - F u e c u tt e m a c h in e d e sig n ,   a n d   wo rk in   in str u m e n ts  a n d   m e a su re m e n d e v ise   in sta ll a t io n   a n d   c a li b ra ti o n .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a   th r ee   d imen s io n s   ( 3 D)   p r in t er fo r   mo d elin g   a n d …  ( Gh a z i Q a r yo u ti )   4757     An wa Al - M o fleh   w a b o rn   i n   M a h e s,  J o rd a n   in   1 9 6 9 .   Re c iv e d   h is  B. S c   a n d M S c   f ro m   B y e lo ru ss ian   P o ly tec h n ic  a c a d e m y   in   1 9 9 3 . He   is  c u rre n tl y   wo rk in g   a lec tu re in   A l - Ba lq a   A p p li e d   Un iv e rsit y   in   Jo rd a n   a n d   a c a n d id a te  f o P h D,  a th e   f ield o p o w e r   a n d   e n e rg y   e ff ici e n c y   a t   S c h o o o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic  E n g in e e rin g ,   E n g in e e rin g   Ca m p u s,  USM ,   P u lau   P i n a n g ,   M a lay sia .           Wa e A.  S a la h   w a b o rn   in   H e b ro n ,   P a les ti n e   i n   1 9 7 8 .   He   re c e iv e d   h is  Ba c h e lo d e g re e   i n   El e c tri c a a n d   Co m p u ter  En g in e e rin g   f ro m   P a les ti n e   P o ly tec h n ic  Un iv e rsit y   in   2 0 0 1 .     He   o b tain e d   h is  M S   a n d   P h d e g re e in   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic  En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   S a in s   M a lay sia   in   2 0 0 7   a n d   2 0 1 2 ,   re sp e c ti v e l y .   Cu rre n tl y ,   h e   is  a n   a ss o c iate   p ro f e ss o a P a les ti n e   T e c h n ica Un iv e rsit y     Ka d o o rie   (P T UK ).   His  re se a r c h   in tere sts  in c lu d e   p o w e e lec tro n ics   a n d   e lec tri c   d riv e s,  e n e rg y   m a n a g e m e n t         Q a z e m   J a b e r re c e iv e d   h is  M . S .   a n d   P h . D.  d e g re e in   El e c tri c a Dri v e   a n d   A u to m a ti o n   En g in e e rin g   f ro m   M o sc o P o w e In stit u te  in   1 9 8 2   a n d   1 9 8 6   re sp e c ti v e l y .   Cu rre n tl y   Dr.  Qa z e m   Ja b e a n   P r o f e ss o a De p a rtm e n o f   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   ,   A l - Ba lq a ’  A p p li e d   Un iv e rsit y   Jo rd a n .   His  re se a rc h   in tere sts  a re   in   P o w e El e c tro n ics   a n d   El e c tri c   Driv e s,  En e rg y   Eff ici e n c y   a n d   M a n a g e m e n t,   a n d   Re n e w a b le S y s tem .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.