多喷头FDM 3D打印机的设计与研究

针对熔融挤压沉积技术的3D打印机喷头数量少、打印色彩单一问题,分析了多喷头3D打印机的整机设计方案,采用滚珠丝杠传动方式规划了打印机的多喷头结构,确保了打印机喷头间不发生干涉。通过研究各喷头坐标位置切换,设计了3D打印机多喷头的控制逻辑算法,实现了工作台在并行喷头间往复切换,并根据送入喷头的丝料颜色差异,利用计算机对其打印过程进行了仿真分析,得到了多色彩三维数据模型。     

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MAM和PAM的多喷头3D打印系统

针对生物组织工程中多组分生物模型的三维打印问题,对电机挤出沉积式喷头、气动式微滴喷射式喷头、多材质模型路径规划及多喷头协调控制等方面进行了研究,提出了基于MAM和PAM的多喷头3D打印系统及多喷头协调控制方法,优化了PAM打印系统以提高系统打印精度,并改进了路径规划方法从而满足了多材质模型打印;最后利用多材质模型的打印实验对该系统的可行性进行了测试。研究结果表明:多喷头3D打印系统实现了多喷头之间的协调控制,实现了多材质复杂模型的打印;同时MAM和PAM喷头打印精度均满足了生物组织工程的需求,为实现高仿生结构的打印奠定了良好的基础。     

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.     

多元多型结构三维打印机的设计

着眼于三维打印与加工中心的相似点,将三维打印喷头、加热块、送丝机构等作为三维打印喷头模块,与加工中心的刀具进行类比,设计了多元多型结构三维打印机。通过三维打印喷头模块的自由切换,避免了人工更换喷头所引起的高度调节误差,以及多喷头蹭料等问题,可以完成除支撑材料外的多种材料交替打印,使三维打印更智能化与实用化。     

具有电磁阀微喷功能的3D打印机构建及应用

3D打印技术已经在生物医学、传感器制造等领域得到广泛应用。然而,传统3D打印机由于自身工作方式的不同,适用范围不同,难以同时兼容生物制备和传感器制备。因此,以电磁阀作为3D打印机的喷头,自主设计并构建具有独特工作方式的3D打印机,将高精度液滴分配方式应用于3D结构打印。研究料筒气压、电磁阀开关时间、喷头高度对打印液滴直径的影响,并对点、线、网、面图案的打印质量进行评估;利用所构建的打印机制备具有真皮乳头结构的组织工程皮肤和阵列式柔性压力传感器,测试组织工程皮肤的细胞活性及压力传感器的压-阻转换特性。结果表明,打印液滴直径尺寸与料筒气压、喷头开启时间、喷头高度均成正相关;3D打印机对点、线、网、面图案的打印效果较为理想;可成功应用于具有真皮乳头结构的组织工程皮肤和柔性压力传感器的制备。所构建的3D打印机融合喷墨式打印机和挤出式打印机的优势,对打印墨水有较好的兼容性,具有打印方式简单、打印速度快、成型质量高的优点,对组织工程皮肤及柔性压力传感器的研究具有重要意义,为实现具有感知功能仿生皮肤的制备奠定基础。     

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。     

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。     

多喷头3D打印教具设计及其应用

对3D打印机基本结构进行了阐述,对传统打印机单喷头结构进行了改进。采用多电机协同驱动的方式,可以实现多个喷头的联动,适合作为3D打印教具进行推广。     

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 3D打印机喷头温度场仿真及实验研究

喷头组件温度控制影响着FDM3D打印机的材料形态,从而对打印效果有着重要的影响.以自制FDM3D打印机喷头组件为研究对象,PLA为测试用材料,根据散热片设计准则完成叶片式、涡轮式和川式散热片的设计;以瞬态温度传热理论为基础,利用ANYSY完成瞬态热仿真;使用接触式测温仪完成涡轮式散热片5个测试位置的温度测试.结果表明:...     

多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

并联混色3D打印机设计与研究

目前,并联臂结构的3D打印机普遍存在打印精度不佳、稳定性与可靠性差、调试与维护过程复杂等问题。针对熔融挤压堆积成型(FDM)并联3D打印机的基本结构,对并联式3D打印机的部分结构件进行了重新设计与建模,完成样机设计与实验。设计了一种支持双色混色、易于维护、高可靠性的并联3D打印机,并通过整体布局、机械结构以及打印喷头的优化进一步提高打印精度、打印稳定性以及可靠性。     

FDM型三轴并联桌面3D打印机研究

FDM型3D打印技术是对STL格式数据模型进行切片,把可黏合的塑料耗材进行叠层堆积来打印实体模型的。FDM型三轴并联桌面3D打印机的控制器是单片机,采用步进电动机驱动同步带运行,打印喷头的轨迹行进是用滑块进行控制的,挤出机也是采用步进电动机进行驱动,辅助喷头进行打印。喷头在X、Y、Z三个坐标轴上的运动速度大于185mm/s;喷头响应速度不小于0.1 m/s,喷头加热温度可控制在190~380℃,实现数字温控。     

熔融沉积成型3D打印喷头热力场分析及散热优化

熔融沉积成型3D打印机在熔胶过程中,喷头内的线材会出现半熔流动性差的线段,该现象会影响喷头的打印效果,甚至会引起喷头堵头。针对此现象,设计出一款温升效率高、结构精简、投入成本低的3D打印喷头喉管冷却装置。通过ANSYS软件对方案进行了热学仿真分析后进行结构优化,得到一种温度场分布更优的方案。通过与现有的两种方案在温升效率、正空间性能和打印精度三方面进行实验比对,同时对3种方案进行成本分析。结果表明,本设计优化后的方案在保证打印精度和温升效率的情况下,提高了喷头的性能,并降低了成本。     

浅谈一种CoreXY结构的3D打印机设计

本文设计了一种基于CoreXY结构的能实现一定打印实物能力的3D打印机，即基于CoreXY结构双Z轴的3D打印机。该打印机选用电机和同步带的结构使打印运作，为了使打印机打印范围和结构更加合理简便，利用制图软件画出CoreXY3D打印机的部分非通用件。利用三维和平面尺寸，确定所需要3D打印和亚克力板切割的零件尺寸。本文主体着重于研究CoreXY结构的设计及其可行性，我们参考了市面上热门机型的打印原理和其结构的可行性并验证CoreXY结构的可行性。总结出使用CoreXY结构的使用FDM（热熔层压法）的3D打印机有能力完成实物的打印工作。     

3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计

针对熔融沉积造型3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起打印精度差等问题,采用热力学分析和结构优化设计,解决3D打印过程中由热量导致喷头热变形引起打印精度差和其本身制造成本高的问题。经过仿真分析和实验与应用,验证了熔融沉积造型3D打印喷头结构的合理性,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。     

三维打印机喷头的驱动系统

喷蜡打印喷头是三维打印机的核心部件。文中介绍了三维打印技术，分析了喷蜡打印喷头的结构、原理、驱动信号时序以及驱动电压波形对喷头喷射效果的影响，并在此基础上提出了喷头驱动系统的原理框图及实现方法。     

便携式3D打印机设计

三维打印,俗称3D打印,作为快速成形技术的一种,是一种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,通过逐层填涂打印的方式来构造物体的技术。在对3D打印机基本结构原理进行分析的同时,提出了一个新的改进方案——便携式3D打印机的设计。基于原有的立式设计,本设计采用铰链结构改为折叠式设计,以减少3D打印机不工作时所占的空间,起到方便携带的效果。