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基于FDM技术3D打印机传动机构设计与分析

邹绍昕  
【摘要】:近年来,随着3D打印技术迅速兴起,基于FDM技术的桌面级3D打印机己成为消费级电子产品,为人们的日常生活增添了便利和乐趣。作为消费类电子产品,其成本与精度之间的矛盾是制约其发展的关键因素。本文提出了一种在不增加硬件成本的情况下,通过对传动机构进行动力学分析和建模,对其自身产生的原理性误差进行标定,然后利用控制程序进行误差补偿,从而有效提高3D打印机传动机构定位精度的方法。首先对目前现有的基于FDM技术3D打印机的传动机构形式进行了总结和分析,选取了较为先进的H-Bot/CoreXY串并联型结构作为研究对象,使用拉格朗日法建立了该结构的动力学模型。使用Matlab Simulink将该动力学模型转换为动力学仿真模型,由于模型中的部分参数无法直接获得,于是对参数进行了辨识试验。先根据经验和一系列随机试验对参数进行估计,确定其各自的取值范围,然后通过控制变量试验分析各个参数对于模型影响的显著性,再通过一系列的正交试验,逐步缩小各参数的取值范围,优化数据组合,最终经试验验证,利用优化后的参数进行动力学仿真的结果可以准确描述出3D打印机的传动机构在实际工作时的运动状态,实现了对3D打印机传动机构的单轴运动学标定。运用微分误差补偿法实现了对3D打印机单轴运动的误差补偿,显著提高了定位精度。


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