基于FDM工艺的桌面级3D打印机的设计*

施绍宁，艾致祥，庞学林

(陕西理工大学 机械工程学院,陕西 汉中 723000)

0 引 言

熔融沉积成型技术是将丝状热熔型材料加热熔化，然后通过打印机喷嘴挤出，在计算机程序数据处理下控制打印喷嘴，将材料选择性地涂布在工作面上并迅速冷却形成一层三维模型数据的横向截面特征。第一层形成后，控制打印喷头上升一个高度(即每层厚度) ，然后形成下一层，直到整个三维模型形状形成。其优点成本低廉，操作简便，原型尺寸稳定性高，不会受潮变形，所用材料无毒性，不产生异味、粉尘、噪音等污染，适宜在办公室环境安装使用；桌面级打印机更多的是面向高校、个人，制造简单小型零件与工艺品。基于FDM工艺考虑桌面级打印机的打印精度、运行平稳性以及成本，笔者提出三坐标联动式结构设计方案，通过丝杠导轨机构和连杆机构精确控制打印喷头在一定空间内移动，优化以往打印机误差累计问题，为3D打印机结构提供设计参考。

1 设计思路

1.1 成型原理

FDM熔融层积成型技术由美国一名专家Scott Crump在1988年研究成功，其材料主要以石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝等丝状材料为主[1]。而基于FDM工艺的3D打印主要由三部分组成，即三维处理模块、控制模块、执行模块[2]。三维处理模块主要是使用3D建模软件进行3D模型构建，模型由专业分层软件进行切片，控制模块和执行模块由计算机及控制芯片根据每层的截面信息控制打印头在每层高度加热和熔化材料，通过在每层高度内控制打印喷头，打印喷头根据3D模型选择性地将材料通过喷嘴冷却挤压到工作表面，迅速形成一个逐层的横截面，逐渐形成整个实体，打印实体可以直接从表面取出。……