基于FDM技术的3D打印机机械结构设计及控制系统研究

摘要

基于FDM技术的3D打印逐渐发展成为一种新型的主流加工技术。有别于传统制造技术，基于FDM技术的3D打印机能够降低复杂零件的制造难度，操作方便，成本低，打印材料来源广泛。但是，它也面临着诸多困难和挑战。尤其在成型精度、打印速度和新材料的研发等方面仍有待研究。因此，3D打印技术的发展和推广仍然具有广阔的空间。
　　针对现有基于FDM技术的3D打印机存在的打印效率低、成型精度差等不足，分析3D打印机工作原理，结合目前的3D打印机的结构，设计一款三喷头的3D打印机，并对其机械结构进行设计和改善。根据各部分分工不同，将3D打印机划分为挤出机构，送丝机构，传动机构，散热结构，伺服系统，温控系统等进行研究分析。设计送丝机构的布局方案，根据不同的喷嘴直径采用近端送丝与远端送丝相结合的送丝方式，减轻挤出机构的重量，提高打印速度。改善环形散热片的结构，选取散热片数量，长度，高度等参数的最佳组合，增大散热量，解决喷头打印中出现的堵塞问题。对3D打印机承载零部件的强度与刚度性能进行分析，检测机械结构的可行性。模拟喷嘴内流体的实际运动状态，验证三喷嘴挤出机构和喷嘴结构设计的可行性。对3D打印机温度控制系统进行研究，确保工作过程的稳定性。绘制传统 PID控制和模糊PID控制的响应曲线，并对两者进行了对比分析，选取更合适的控制算法，使温度控制更精确。
　　通过对基于FDM技术3D打印机进行结构设计及控制系统研究，在提高打印精度和打印速度的同时，改善丝材堵塞，流涎以及送丝驱动力不足等问题。通过多次打印试件对设计的3D打印机进行实验测试，本设计中的基于FDM技术的3D打印机达到了设计要求，为后期开发更高精度，更高效率的3D打印机提供参考。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题选题来源

1.2课题研究的背景和意义

1.33D打印机的分类与基本原理分析

1.4基于FDM技术的3D打印机国内外研究现状

1.5 本文研究内容

第2章 基于FDM技术的3D打印机核心机构及结构设计

2.1引言

2.2基于FDM技术的3D打印机总体设计

2.3 基于FDM技术的3D打印机三喷嘴挤出机构的设计

2.4送丝机构的设计

2.5散热结构的设计

2.6传动机构设计

2.7机身结构和工作平台设计

2.8本章小结

第3章 基于FDM技术的3D打印机关键零部件有限元分析

3.1 引言

3.2 3D打印机关键零部件有限元分析

3.3散热片结构优化与温度场分析

3.4挤出机构内部流体有限元分析

3.5本章小结

第4章 基于FDM技术的3D打印机控制系统研究

4.1 引言

4.2控制系统总体设计

4.3 IO控制电路设计

4.4 伺服控制系统的研究

4.5 温度控制系统的研究

4.5 本章小结

第5章 实验验证

5.1 实例验证

5.2 结论

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果