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3D高精度打印機的設計

2017-3-23 來源：寧夏大學物理電氣信息學院作者：郭彥麟張冬

摘要：本文的設計主要是從現階段3d打印技術出發，結合當前打印機昂貴，精確度不夠而提出的利用齒條齒輪光柵尺設計的一款更物美價廉的產品。XYZ高精度3D打印機基于我們前期“多功能 3D 打印機”的原理和經驗，自主設計機械結構系統來提高3D打印精度，采用閉環控制熔融沉積快速成型技術，可快速打印，效率更高。與市場高精度 3D 打印機（好幾萬）相比，使用成本低，精度更高且速度更快。

關鍵詞：3D打印機

1.背景

目前市場上打印機產品參差不齊，打印精度不夠精確，生產成本過高，因此 3D 打印機市場前景廣闊，有很大的發展空間。

2.意義

大多數桌面級大型 3D 打印機的售價在幾萬元人民幣左右，一些國內的仿制品價格可以低到幾千元，國產的3D打印機雖然價格低，但同時在質量很難保障。對于桌面級 3D 打印機來說，由于僅能打印塑料產品，因此使用范圍非常有限，而且對于企業用戶來說，3D打印機的使用成本仍然很高。XYZ 高精度 3D 打印機可廣泛應用在設計鄰域，尤其是工業設計，數碼產品開模等，可以在數小時內完成一個高精度模具的打印，可以節約很多產品到市場的開發時間。 XYZ高精度3D 打印機可以打印對精度要求較高的三維模型，使用 3D 打印控制軟件- Repetier-host1.0,工程師設計出一個模型之后，無論是一所房子還是人工心臟瓣膜,都可通過高精度3D打印機進行打印，填補市場高精度3D打印機市場的需求。XYZ 高精度 3D 打印機基于我們前期多功能 3D 打印機的經驗，采用閉環控制熔融沉積快速成型技術，應用光柵尺原理，自主設計了一套機械結構來提高打印機擠出噴頭位置的精確度，實現高精度打印。

3.核心技術簡介

(1)應用光柵尺原理，自主設計的機械結構來提高打印精度。與傳統3D打印機相比，打印精度更高，技術要求更高。

(2)采用閉環控制熔融沉積快速成型技術實現電機不失步打印且快速打印，節省時間。

它所可實現的目標

（1）掌握XYZ結構的3D打印機核心技術

（2）實際打印精度達到0.1mm

（3）實現離散打印功能

（4）面向低成本進行優化，所做設計必須符合低成本要求

（5）實現能夠打印 PLA 材料的 XYZ 結構的 3D 打印機樣機一臺，為量產低成本的XYZ架構的3D打印機技術預研。

4.3D打印技術的基本原理

首先得通過計算機建模軟件設計模型（如果有現成的模型更好），再將建成的三維模型“切片”成逐層的截面數據，并把這些信息傳送到3D打印機上，3D打印機會把這些切片堆疊起來，直到一個固態物體成型。

5.實施方案：

（1）為了能夠更清楚的理解 XYZ 高精度 3D 打印機的技術內容，請參閱下圖有詳細說明。如圖一是實現高精度的系統結構圖，由直流減速電機帶動齒輪傳動，齒輪在帶動齒條。在齒條的側面安裝光柵條，光柵條隨著齒條移動，在光電對管中，當光柵條通過時，光電對管過檢測來讀取光柵刻度。在XY軸上，分別固定該裝置，則可得到擠出噴頭的機械位移信息。