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3D高（gāo）精（jīng）度打印機的設計

2017-3-23 來源：寧（níng）夏大學物理（lǐ）電氣信（xìn）息學院（yuàn）作者：郭彥（yàn）麟（lín）張冬

摘要：本文（wén）的設計主要（yào）是從現階（jiē）段3d打印技術出發，結合當前打印（yìn）機（jī）昂貴，精確度不夠而提出的利用齒條齒輪（lún）光柵尺設計的一（yī）款更物美價廉的產品。XYZ高精度3D打（dǎ）印機基於我們前期“多功能 3D 打印機”的原理和經驗，自主設計機械結構（gòu）係統來提（tí）高3D打印精（jīng）度，采用閉環控（kòng）製熔融沉積快速成型技術，可快速打印，效率更高。與市場高精度 3D 打印機（好幾萬）相比，使用（yòng）成本低，精度更（gèng）高且速（sù）度更快。

關鍵詞：3D打印機

1.背景

目前市場上打印機產品參差不齊，打印精度不夠精確，生產成本過高，因此 3D 打印機市場前景廣（guǎng）闊，有很大的（de）發展空間。

2.意義

大多數桌麵級大型 3D 打印（yìn）機的售價在幾萬元人民幣左（zuǒ）右，一些國內（nèi）的仿製品價格可以低到幾千元，國產的3D打印機雖然價格低，但同時在質量很難保障。對於桌麵級 3D 打印機來說（shuō），由於僅能（néng）打印塑料（liào）產品，因此使用範圍非常有限，而且對於企業用戶來說，3D打印機的使用成本仍然很高。XYZ 高精度 3D 打印機可廣泛應用在設計鄰域，尤其是工業設計，數碼產品（pǐn）開模等，可以在數小時內完成（chéng）一個高精度模具的打印，可以節約很多產品到市場的開發時間。 XYZ高精度3D 打（dǎ）印機可以打印對精度要求較高的三維模型，使用 3D 打印（yìn）控製軟件- Repetier-host1.0,工（gōng）程師設計出一個模型（xíng）之後（hòu），無論是一所房子（zǐ）還（hái）是人工心髒瓣膜,都可通過高精度3D打印機（jī）進行打印，填補市場高精度（dù）3D打印機市場的需求。XYZ 高（gāo）精度 3D 打印機基（jī）於我們前期多功能 3D 打印機的經驗，采用閉環（huán）控製熔融沉積快（kuài）速成型技術，應用光柵尺原理，自主設計了一套機（jī）械結構（gòu）來（lái）提高打印機擠出（chū）噴頭位置的精（jīng）確（què）度，實現高精度（dù）打印（yìn）。

3.核心技術簡介

(1)應用光柵尺（chǐ）原理，自主設計的機械結構（gòu）來提高打印精度。與傳統3D打印機相比，打印精度更高，技術（shù）要求更高（gāo）。

(2)采用閉環控製熔融沉積快（kuài）速成型技術（shù）實現電機不失步打印且快速（sù）打印，節省時間。

它所可實現的目標

（1）掌握XYZ結構的3D打印機核心（xīn）技術

（2）實際打（dǎ）印精度達到0.1mm

（3）實現離散打印功能

（4）麵向低成本進行優化，所做設計必須符合低成本（běn）要求

（5）實現能夠打印（yìn） PLA 材料的 XYZ 結構的 3D 打印機樣機一台，為量產低（dī）成本的XYZ架構的3D打印（yìn）機技術預研（yán）。

4.3D打印技術的基本（běn）原理

首先得通過計算機建模軟件設計模（mó）型（如果（guǒ）有（yǒu）現成的模型更好（hǎo）），再將（jiāng）建成的三維（wéi）模型（xíng）“切片”成逐層的截麵數（shù）據，並把這些信息傳送到3D打印機上，3D打印機會把這些切片堆疊起來，直到一個固態物體成型。

5.實施方案：

（1）為了能夠更清楚的理解 XYZ 高精度 3D 打印機的技術內容，請參閱下（xià）圖（tú）有詳細說明。如（rú）圖一是實現高（gāo）精度（dù）的係（xì）統結構圖，由直流減速（sù）電機帶動齒輪（lún）傳動，齒輪在帶動齒條。在齒條的側麵（miàn）安裝光柵條，光柵條隨著齒條移動，在光電對管中，當光柵條通過時，光電對管過檢測來（lái）讀（dú）取光柵（shān）刻度。在XY軸上，分別固定該裝置（zhì），則可得到擠出噴頭的機械（xiè）位移信息。

圖（tú）一機械（xiè）設計結（jié）構圖

（2）圖五是（shì）打印機的整體框架圖。在頂部是一個十字形打印行走機構（gòu），在行（háng）走機構的中心位置安裝的是擠出噴頭，把光柵尺固定（dìng）在（zài）機框上，光電對管（光柵讀頭）隨著擠出噴頭運動，可得到擠出（chū）噴頭的精確機械位移信息，提高了擠出噴頭位置（zhì）的（de）精確度。打印平台是在電機的驅動下垂直（zhí）於Z軸可上下運動（dòng）

圖二打印件結構圖

圖三 XYZ高精度3D打印機的控製軟件

（4）打印技術：采用“閉環控製熔融（róng）沉積快速成型技術”，即FDM. 電機：步進電機打印材料：PLA材料，ABS材料（liào），熱塑性材料，可食（shí）用材料等。

6.設（shè）計總結

本文主要介紹（shào）了我們所設（shè）計的新型（xíng）的含有（yǒu）光柵尺和齒（chǐ）輪齒條的 3d 打印機（jī）。實（shí）際打印精度達到 0.1mm 實現離散（sàn）打印麵向低成本進行優化，所做設計符合低成（chéng）本要求，能夠實（shí）現打印PLA 材料的 XYZ 結構的 3D 打印機（jī），為量產低成本的 XYZ 架構的3D打印（yìn）機技術預研。

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