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1、FDM型3D打印機設(shè)計
摘要：快速成型〔FDM〕是一種使用熱塑性的塑膠材料將材料壓成半熔融形態(tài)的細長絲狀，然后將材料一層一層疊加從3DCAD數(shù)據(jù)內(nèi)建立原型的技術(shù)。本文在介紹快速成型〔FDM〕打印機根本內(nèi)容的根底上，重點介紹了它的運行機制和機器結(jié)構(gòu)，還對他的結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析。自制的FDM3D打印機遵循3D打印機的標準設(shè)計思思路同時，設(shè)計人員可以在實踐中不斷修改和優(yōu)化設(shè)計方案，以滿足創(chuàng)新和創(chuàng)新的需要。
關(guān)鍵詞：3D打印機；FDM技術(shù)；快速成型
目前，以3D打印為技術(shù)核心的“第三次工業(yè)革命〞在全世界興起了一股數(shù)字化制造業(yè)的熱潮，隨著中國等一批新興國家不斷向該領(lǐng)域進軍，興旺國家對3D打印技
2、術(shù)的獨導(dǎo)地位正在不斷的減弱。本文主要介紹3D打印機的工作原理及性質(zhì)，進而分析其結(jié)構(gòu)組成，側(cè)重研究分析機械局部三維打印端頭的結(jié)構(gòu)和影響打印端頭精度的因素。最后結(jié)合電機的運動規(guī)律與機床的運動機構(gòu)，設(shè)計出最完善的方案并制作成型。
1FDM型3D打印機打印原理及結(jié)構(gòu)分析
原理：快速成型技術(shù)的根本原理是先用軟件畫出產(chǎn)品的三維CAD模型，以設(shè)定好根本參數(shù)，取合理的的厚度對模型進行切片處理，即將3D模式轉(zhuǎn)化為一步步的指令，一層層執(zhí)行。機器加熱噴頭根據(jù)每一層的二維截面信息進行移動，送絲機構(gòu)將絲材送往噴頭，在噴嘴部件旁，塑膠絲體被充分加熱到熔點并熔化，隨后從噴嘴中加壓成型，并將成型材料防止在工作臺外表，
3、然后在工作臺上降溫固化。，形成模型的一層。打印結(jié)束后，工作臺面就會降低與該層厚度大小相同的高度。之后一直按照這個過程重復(fù)打印，直到整個實體模型完成打印為止。
過程：CAD三維建?！鶦AD模型的近似處理→切片處理→造型→后處理
框架設(shè)計分析：采用了鋁型材組裝了打印機的根本框架。通過三軸聯(lián)動平臺、步進電機運動滑塊、傳動絲杠、導(dǎo)向光桿等部件組成根底傳動系統(tǒng)，滿足打印機在X、Y、Z三個方向的運動控制。
電路設(shè)計分析：3D打印機的電路局部非常重要，此電路控制機器的的整個運行過程。路線主要由以下三個主要局部構(gòu)成：Arduinomega2560主控制板、步進電機驅(qū)動板和Ramps1.4膨脹板?？蓾M
4、足機器大量IO接口的設(shè)計需求，并且能更好的使各部件進行連接和控制。也增強了機器容錯率。
軟件設(shè)計分析：3D打印機包括上位機軟件和下位機軟件。打印機的主控板對各參數(shù)的設(shè)置及控制通過軟件的運行實現(xiàn)。在本機器中主要選用：下位機軟件Marlin固件、上位機切片軟件Slic3r、上位機打印控制軟件Pronterface。以上軟件的組合使用，能夠是的機器在使用的過程中表達更好的性能與流暢度。
2主要零部件選擇、電路測試
〔1〕電機的選擇：電機控制系統(tǒng)一共可分為2種電機。它們分別是伺服電機和步進電機。本文設(shè)計的快速成型〔FDM〕打印機UI步進電機配合更為適宜。步進電動機能滿足快速成型〔FDM〕3D打印
5、機根本使用情況下都需求兩相四線的42步進電機，在同相之間有電阻。步距角普遍在1.8的需求。
〔2〕擠出頭的選擇：擠出頭一共分為2類，分別是單擠出頭和雙擠出頭。本臺機器由于不過度追求速度因此選擇單擠出頭更為適宜，按照有差異的應(yīng)用環(huán)境以及實踐狀況本裝置選擇0.4mm的噴嘴。
〔3〕送絲機構(gòu)的選擇：3D打印機送絲機構(gòu)能夠分為遠端和近端兩種。本機構(gòu)需要一定的打印速度和精準度應(yīng)選擇了遠端送絲結(jié)構(gòu)作為機器的送絲機構(gòu)。
〔4〕電路測試：測試準備：安裝ArduinoIDE→下載Slic3r→下載Printrun→下載Marlin固件
電路板的連接與電路測試：中斷USB線，把Ramps1.4拓展板連到板
6、上，Ramps上不是正面的那一面的插針都需要連接到主控板上。而后再把熱敏電阻接到板子的正確的位置。檢查線路都正確之后連接上USB數(shù)據(jù)線和12V電源。啟動Printurn上位機軟件。mega2560在接通電源的開始的時候，RAMPS板子上的第一個LED綠燈燈會閃動幾次。這就說明了mega2560板子里的固件已經(jīng)在運轉(zhuǎn)。
啟動上位機之后，應(yīng)用正確的串口，調(diào)用波特率為250000，再點擊connect。假設(shè)正常。圖形操作區(qū)變成高亮。溫度線旁邊的watch選項勾選。檢測溫度是否正確，假設(shè)檢測的溫度與室溫相當(dāng)，說明連接正確。假設(shè)為0，那么表達連接失敗，要進行檢查任務(wù)。完成上步后就是測試三個輸出端。分別
7、在〞Heat〞和〞Bed〞旁點擊〞set〞按鈕，并在右下部位輸入M106S255來翻開風(fēng)扇。假設(shè)在這個時分RAMPS1.4上亮起了三個紅燈，這就說明輸出端測試順利完成。輸入M107可關(guān)閉風(fēng)扇。
步進電機的檢測，第一步需要斷開機器的電壓源，然后把型號為A4988的驅(qū)動板與Ramps1.4向連接。在此檢測環(huán)節(jié)一定要有一個電機進行檢測，通常情況下可使用萬用表的200歐姆測電阻對電動機兩端連接檢測。按次電機線紅、藍、綠、黃連接。完成連接之后，接通電源，利用Printurn上位機軟件使其轉(zhuǎn)動。假設(shè)先將電機裝在X軸上，那么按動X軸的+方向操作，這時電時機往正方向進行轉(zhuǎn)動。假設(shè)電機方向操作，電機那么進行反
8、轉(zhuǎn)。在不同軸上重復(fù)上述的操作。
3打印機的組裝及打印運行
〔1〕打印機的組裝包含：角件與電機安裝、鋼型材的安裝、電源與主板的安裝、擠出頭的安裝、熱床的安裝。
〔2〕打印機的測試白喊：三軸步進電機進行測試、測試限位開關(guān)、測試擠出頭風(fēng)扇、測試擠出頭加熱、擠出頭入料測試。
參考文獻：
【1】張楠，李飛.3D打印技術(shù)的開展與應(yīng)用對未來產(chǎn)品設(shè)計的影響[J].河北石家莊：河北科技大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，2021，30〔7〕：9799.
【2】張永，周天瑞，徐春暉.熔融沉積快速成型工藝成型精度的影響因素及對策[J].南昌大學(xué)學(xué)報，2021，29〔3〕：252256.
基金工程：浙江省高等教育教學(xué)改革研究工程，工程編號：jg20210265
FDM型3D打印機設(shè)計
