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基于FDM技术的3D打印机机械结构设计及控制系统研究

张洋  
【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。


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