基于FDM技术的双喷头3D打印机关键技术研究

摘要

3D打印技术也被称为增材制造（AM）技术，是近三十年来发展起来的先进制造技术之一。熔融沉积（FDM）技术是3D打印技术中发展最快的技术种类之一，基于FDM技术开发的3D打印机具有成本低、设备轻便、工作环境要求低等特点，但也存在着系统工作稳定性差、打印精度低以及支撑后处理困难等不足，严重影响了基于FDM技术的3D打印机市场发展与推广。
　　本文对FDM技术展开研究，设计了一款基于FDM技术的3D打印机，提出双喷头结构，改善现有不足。双喷头3D打印机的研发主要包括机械系统与控制系统两个部分，本文主要研究工作针对双喷头结构与双喷头控制系统展开，具体完成工作如下：
　　（1）根据双喷头工作原理，确定了3D打印机双喷头结构方案，设计了活塞式喷头挤出结构及模型并对单喷头整体结构进行了温度场仿真分析，在单喷头基础上设计了双喷头结构总成，并基于简化后的双喷头模型进行了双喷头热影响仿真分析与实际工作温度场仿真分析，验证了设计方案的准确性和可行性。（2）根据双喷头3D打印机所需控制单元，设计了基于ARM的嵌入式控制系统方案，通过论述确定双喷头采用交替工作的控制方法，并改进了双喷头协调规划路径，基于控制单元对系统硬件电路进行了模块化单元电路设计，为实现双喷头协调控制进行了底层控制系统的顺序设计，并详细说明了控制底层关系与各个控制功能的具体实现，完成了3D打印控制系统的设计与研究。
　　（3）在完成实验准备与双喷头切片设置后，进行了双喷头3D打印机打印尺寸精度测试，双色打印测试以及复杂模型打印测试三组实际打印测试，得到的精度测试结果与支撑去除效果较为理想，验证了双喷头3D打印机结构与系统工作的稳定性。
　　通过对基于FDM技术的3D打印机的研究进而设计的双喷头3D打印机改善了系统工作的稳定性与打印精度，解决了支撑后处理困难等问题，达到了项目的设计要求，为开发高稳定性、高精度、低成本的桌面型多喷头3D打印机提供了依据与参考，具有较高的实际运用价值。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2研究的目的和意义

1.3 3D打印技术分类

1.4基于FDM技术的3D打印机国内外发展现状

1.5论文研究内容和全文组织结构

第2章 双喷头3D打印系统及基本特性研究

2.1 3D打印技术基本原理

2.2双喷头3D打印系统方案

2.3双喷头3D打印系统基本特性分析

2.4本章小结

第3章 3D打印机喷头结构及特性分析

3.1单喷头结构与特性分析

3.2双喷头结构与特性分析

3.3本章小结

第4章 双喷头3D打印机的控制系统研究

4.1双喷头3D打印机控制系统及基本要求

4.2双喷头3D打印协调规划

4.3双喷头3D打印机控制系统硬件电路

4.4 双喷头3D打印机控制方法

4.5本章小结

第5章 双喷头3D打印机实验测试与应用

5.1实验准备与切片软件设置

5.2打印尺寸精度测试与验证

5.3 PLA材料双色打印测试

5.4复杂模型打印测试

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献