基于三臂并联结构的桌面3D打印机

3D打印是以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层增材的方式来构造产品的快速成型技术。设计制造了一款基于三臂并联结构的桌面3D打印机,该打印机采用单片机作为控制器,以步进电机作为驱动元件,带动紧定在步进电机上的同步带转动,利用滑块控制打印头按照预定的轨迹行进,并通过步进电机送料,配合打印头完成打印作业。打印喷头响应速度不小于0.1 m/s,在X、Y、Z三个坐标轴的运动速度大于185 mm/s;喷头加热温度可控制在200~380℃,实现数字温控。     

基于熔融沉积3D打印机的多色切换模组设计

传统熔融沉积工艺（FDM）3D打印机只能打印单色或双色模型,为了实现多色彩模型三维实体快速成型,对普通FDM双喷头3D打印机的机械结构以及控制逻辑进行深入研究,设计出了一款支持在任意双喷头3D打印机上安装的3D打印机多色切换模组。实际多色打印测试结果表明,基于该设计方案加工的多色切换模组可以精确、稳定地完成多色彩模型三维实体快速成型。实验表明打印温度为180℃,采用200 mm/s的打印速度时,产品打印质量较高为FDM多色3D打印提供了新的实现方法。     

基于STM32的大行程FDM3D打印机控制器设计

针对目前市场上流行的通用FDM 3D打印机打印精度差、行程短等问题,分析了影响其最终成型精度的因素,并针对材料热胀冷缩效应、打印喷头吐丝宽度以及机械结构运动特性对打印件最终成型精度的影响,在现有3D打印机控制器的基础上增加了空气加热器、多路温度检测接口及双步进电动机加编码器的闭环同步双驱动功能,设计了一套功能更为完善的基于STM32的大行程FDM 3D打印机控制器。经编程调试验证,控制器工作稳定可靠,散热特性良好,能满足通用大行程3D打印机的基本要求。     

FDM型3D打印机喷头温度场仿真

FDM型3D打印机通过熔融沉积的方式打印成型,打印过程中喷头部分的温度场受结构设计和冷却系统影响,在打印过程中易出现温度分布不均匀的现象,进而出现堵料问题,影响打印过程正常进行。利用CAE温度场仿真软件对FDM型3D打印机喷头三维模型进行温度场仿真,得出3D打印机喷头加热块、喷嘴以及喉管和散热铝块的温度场分布。根据温度场仿真结果,为喷头冷却系统的设计和优化提供理论依据,进而提高FDM型3D打印机的打印连续性、效率以及打印工件的表面质量。     

PLA材料在FDM过程中翘曲变形的优化

翘曲变形是熔融沉积成型(FDM)过程中经常出现的问题。影响精度变化的主要因素是打印喷头温度、打印速度以及成型室温度。基于有限元仿真软件ANSYS,采用生死单元技术,对3D打印过程中的不同参数进行了对比模拟,得到了最优的打印参数为:打印喷头温度为200℃,打印速度为30 mm/s,成型室温度为35℃。对以后的3D打印提供了参数选择依据。     

基于FDM工艺的桌面级3D打印机的设计

为了提高以往3D打印机打印精度和质量,对打印装置的整体结构提出了创新设计方案,该打印机通过步进电机带动丝杠旋转,利用丝杠上的滑块带动连杆控制打印喷头在一定空间内准确移动,配合底部工作台实现FDM熔融沉积技术的快速打印.优化处理了打印机控制方案,使得结构简单新颖,同时可以提高打印机工作效率,并通过机械结构始终保证打印喷头始终处于竖直状态,为3D打印机的机构设计创新提供参考.     

FDM工艺的螺纹式双喷头创新设计

介绍了FDM工艺的3D打印双喷头工作原理。双喷头是FDM工艺的工业级3D打印装备的核心部件,重点分析了现有双喷头的关键部件存在的主要问题:送丝机构和切换机构。在此基础上,首次提出了螺纹式送丝机构,螺纹和丝料接触均匀,不会损伤丝料,降低了对驱动电机的要求,以较小驱动力实现丝料稳定挤出;同时创新性的设计了纯机械式、免驱动的高精度切换机构方案,减少了双喷头的重量和体积。在实际的生产应用中取得了较好的效果,证明了创新设计方案是可行的,为FDM工艺的双喷头设计提供了参考,具有较高的工程应用价值。     

一种H-bot极坐标3D打印机的结构设计

对传统FDM型3D打印机的机型结构进行了研究,设计了一种极坐标3D打印机。采用一种H-bot同步带结构替代传统笛卡尔坐标运动结构,由机架两台步进电机协同驱动打印头在XOZ平面内的X轴方向和Z轴方向的直线运动,打印平台沿Y轴的直线运动转换为打印平台转盘的旋转运动。H-bot极坐标3D打印机的单台步进电机负载较小,机型更加紧凑,机械结构更为简单。     

FDM型3D打印机典型故障诊断与维修

介绍了FDM型3D打印技术及其原理,重点分析了国产FDM型3D打印设备的常见故障诊断方法与维修技巧。通过工艺试验及检测得出结论如下:软件故障主要分为建模问题和参数设置类故障,此类故障占整机常见故障的70%以上;硬件故障主要包括传动带断裂、喷嘴堵塞、挤丝机构异常等,此类故障占整机常见故障的20%左右。合理的维修方法将有助于保持并延长FDM型3D打印设备的使用寿命;高温喷头、密封箱体结构及高精度将是未来FDM型3D打印设备的研究方向之一。     

基于柔性材料的双喷头3D打印技术研究

针对生物凝胶、硅橡胶等柔性材料复杂形状成型困难的问题,提出一种双喷头3D打印方法,实现模具和柔性材料的一体化成型。在深入研究FDM 3D打印原理的基础上,将FDM 3D打印机装置进行改装,设计了一套可以打印两种不同材料的双喷头3D打印装置。其中一个喷头打印PLA等工程塑料,用作支撑和模具;另一个喷头用来打印硅橡胶、生物凝胶等具有流动性和黏性的柔性材料。试验结果表明:该双喷头3D打印装置打印硅橡胶、生物凝胶等柔性材料,能够较好地完成模具和材料一体化成型的打印任务,为生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型工艺提供了有效的方法。     

基于FDM的3D打印工艺实验研究

FDM成型技术作为3D打印的主流技术之一,因安全环保成本低,在教育等诸多领域发生了颠覆性的革命。FDM成型工艺实验研究,旨在减少3D打印实验教学中的盲目性,降低废品率。本文分析了影响FDM成型质量的关键因素;探讨了不同成型方向对3D打印成型技术经济性影响;实验研究了喷头温度、最小壁厚及打印速度与成型质量的关系,提出了改进FDM成型质量的方法,为高校3D打印实验教学提供重要参考。     

FDM 3D打印机喷头设计

在温度因子的驱动下,研究基于FDM技术的3D打印机喷头设计思路。采用比例因子法,设定多目标条件下的3D打印机打印精度评价指标体系,设计3种不同喷口直径和2种不同加热腔结构,共形成6种比较方案,在12种打印介质的联合比较实验中对其性能进行分析。(1)通过技术手段加强对发热元件的温度控制精度,使其控制在打印介质熔融点附近,可以有效提升3D打印机性能。(2)加热腔温度传导机制下,T=1.03T_0时系统效率最高。(3)缩小喷口直径D_0,可有效降低成型效率比例因子B_(DS)的统计学表达。在统计学角度证实了更小直径的FDM喷口可以实现更高的打印精度,影响打印精度的参数还包括对发热体温度的控制精度。     

FDM成型系统喷头温度控制方法研究

熔融沉积成型(简称FDM)是3D打印技术中较为常见且容易操作的技术,喷头温度能否达到成型要求取决于控制系统的精度。针对FDM打印技术中喷头温度控制精度低的问题,提出了自适应模糊PID控制算法,通过运用Smulink对喷头温度控制系统实施建模、仿真,并且对比分析模糊控制的仿真结果,发现自适应模糊PID控制方法拥有良好的控制精度。     

FDM 3D打印单层面体成形过程与工艺参数分析

成形效率是FDM 3D打印普遍关注的问题,而单层面体为FDM 3D打印中成形效率最高的打印类型。以圆柱体模型为例,研究FDM 3D打印单层面体的无基底成形过程,并对其工艺参数进行深入分析,为工艺参数设计提供有益参考。实验结果表明:FDM 3D无基底打印单层面体打印可分为余料清除、慢速打印首层和常速打印主体三个阶段;首层打印速度约为主体打印速度的30%。对比采用不同层厚的FDM 3D打印过程发现打印速度基本保持不变,主要通过改变送料速度来获得稳定不变的打印宽度。     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计。采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM3D打印喷头。用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。     

基于极坐标的新型3D打印机的设计与实验研究

针对目前常规结构的3D打印机存在的打印速度慢、结构较复杂和打印回转体模型时精度差等问题,设计了一种极坐标式的新型3D打印机,该打印机具有3个自由度,由2个直角坐标加1个旋转平台组成,以微处理器(Advanced RISC Machine,ARM)作为核心控制器,步进电动机为驱动器件,采用模糊PID控制算法,使温度控制更精确。通过打印对比测试,表明极坐标式3D打印机具有打印速度快、精度高、稳定性好和控制简单等优点,并且采用模糊PID控制算法使得温度控制精度较高,温差控制在±2℃以内,加热时间缩短50 s左右,提高了整体打印质量,具有一定的应用价值。     

基于Delta并联机械结构的3D打印机研究

基于Delta并联机械结构相比于笛卡尔坐标系机械结构的优势,并将其用于3D打印机的研发与设计,提出了一种基于Delta机构、低成本、网络化3D打印机设计方案。相比使用更加广泛的笛卡尔坐标系3D打印机,Delta式3D打印机允许更大的打印体积和更快的打印速度。该打印机以STM32单片机作为核心控制器,以步进电动机作为驱动元件,驱动同步带转动,利用滑块控制打印头按照预定的轨迹行进。为减轻打印头的重量,提高打印速度,采用远程送料机构,并通过步进电动机送料,进行数字温控,配合打印头完成打印作业。为加快3D打印机推广及使用,提出互联网3D打印方案,通过配备Wi Fi模块实现数据的无线传输与远程控制,并增加了自动调平、断电续打、断丝检测等功能,极大地增强了3D打印机使用的便利性。实践表明该打印机具有运动平稳、高速、高精度、成本低、易于控制等优点。     

基于3 DP的桌面级3 D打印机的设计

3DP是快速成型技术的一种工艺,利用粉末状金属或陶瓷等可粘合材料,通过逐层粘结的方式来构造物体。基于3DP工艺,设计并制造一种的桌面级3D打印机,该打印机以步进电机驱动同步带传动,利用滑块控制喷头在x、y坐标平面内行进并且带动铺粉装置工作,以及驱动z坐标轴升降机构配合打印作业。该打印机结构新颖,应用面广,打印无需支撑结构,填补3DP的桌面级打印机市场空白。     

基于如何精确调试桌面级FDM型3D打印机的研究

3D打印机是3D打印过程中的核心设备,3D打印技术是区别于传统的机械加工而言的增材制造技术,它是一种全新的材料成型方法。在3D打印实训教学过程中,为了快速有效的提高学生的操作水平,本文基于桌面级FDM型3D打印机进行反复的安装和调试操作练习,总结出了如何才能快速又准确的对桌面级FDM型3D打印机进行调试并能精确的完成教学中常规设计模型的打印方法,为进一步分析桌面级FDM型3D打印机成型精度问题提供了前提和保证。     

一种多色3D打印机的设计与分析

目前桌面级FDM 3D打印机具有结构稳定性差、打印产品成型颜色单一的缺点。为了解决FDM3D打印机的不足,基于普通的并联臂FDM 3D打印机,进行机械结构设计与优化和控制系统设计与开发,设计出一种FDM的多色3D打印机。通过整机实验平台的搭建和3D产品打印的实验,该多色打印机能够实现多种颜色的混色打印,为FDM 3D多色打印提供了一种新的解决方案。