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持续更新。。。 FDM打印机是通过喷头融化丝状耗材#xff08;PLA#xff0c;ABS等材料#xff09;#xff0c;然后逐层涂在热床上#xff0c;一层一层逐级抬高。
结构分类
Prusa i3型是一种龙门结构#… 以下内容摘自网络仅供学习讨论侵删。
持续更新。。。 FDM打印机是通过喷头融化丝状耗材PLAABS等材料然后逐层涂在热床上一层一层逐级抬高。
结构分类
Prusa i3型是一种龙门结构这种结构的打印头沿着X轴和Y轴移动而打印平台则沿着Z轴移动。I3结构通常配备有一个或两个挤出头支持打印多种材料。
Core XY型是一种XY轴结构 XY轴由一个或多个电机驱动而Z轴由另一个电机驱动。这种结构设计可以实现更高的打印速度和更快的换向因为它消除了传统设计中XY轴移动时的机械限制。Core XY打印机适合高速打印和精确控制但可能需要更多的组装和校准工作。
Delta / 三角洲并联臂型是一种并联臂结构三角洲打印机以其独特的三角形支架结构而命名这种结构在三个支撑臂上分别安装有打印头形成一个稳定的三角形。打印头的移动是由三个独立的斜杆和带轮系统控制的这使得运动非常平滑且快速。三角洲结构通常具有较高的打印速度和良好的稳定性适合快速原型制作和小型零件的打印。缺点是打印平台的面积通常较小不适合打印大型物体。
基本结构
1、送丝机构将塑料丝从卷轴送入挤出机并保持一定的送丝速度。
2、挤出机这是FDM打印机的核心部分负责将熔融的热塑性材料挤出并沉积在工作台上形成所需的形状。挤出机一般是由一个步进电机一个加热器一个喷嘴和一个风扇组成。
3、打印平台用于支撑打印物体可以上下移动。热床一般是给材料加热把材料粘在上面防止翘边。
4、移动系统包括x轴、y轴和z轴的驱动机构使打印头能在三维空间内移动。步进电机带动丝杆转动从而使喷头和热床移动。
5、控制系统通常由计算机和相应的软件组成负责控制整个打印过程包括路径规划、速度控制、温度调节等。
6、冷却系统在打印过程中为了加快固化速度和防止融化塑料粘连通常会有冷却风扇对打印物体进行冷却。
工作原理
FDM打印机的工作原理主要基于熔融沉积成型技术Fused Deposition Modeling。
首先将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体。然后挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动将熔化的热塑材料丝通过喷头挤出沉积在工作台上。每完成一层成型工作台便下降一层高度喷头再进行下一层截面的扫描喷丝。如此反复逐层沉积直到最后一层最终形成一个实体模型或零件。
在FDM打印过程中每一个层片都是在上一层上堆积而成上一层对当前层起到定位和支撑的作用。送丝机构为喷头输送原料送丝要求平稳可靠。送丝机构和喷头采用推-拉相结合的方式以保证送丝稳定可靠避免断丝或积瘤。
此外FDM打印机还需要配合计算机软件程序进行控制以确保打印精度和打印速度。打印材料的选择也非常重要需要选择黏度低、熔点低、黏结性高、收缩率小的热塑性材料以保证打印出来的物品质量和精度。
打印机的控制
位置控制
FDM打印机的打印头通常由一个或多个步进电机或伺服电机驱动通过控制这些电机的转动来精确控制打印头在X、Y、Z三个轴上的位置。这些电机通常与打印机的控制板相连控制板根据切片软件生成的G代码一种描述机器运动轨迹的语言来控制电机的转动从而精确控制打印头的移动轨迹。
流量控制
流量控制是指控制打印头挤出的塑料量。通过控制挤出机的转速和喷嘴的直径来实现。打印软件会根据切片数据计算出每个时间段内需要的塑料量然后通过电子驱动器或步进电机控制挤出机的旋转速度从而控制流量。
流量控制对于确保每一层的塑料量是均匀的至关重要这直接影响到打印出的模型是否会出现层间粘连或不均匀的问题。
流速控制
流速控制是指控制塑料丝在打印头挤出时的速度。通过控制打印头的移动速度来实现。打印软件会根据切片数据计算出每个层的打印路径和所需时间然后通过电子驱动器或步进电机控制打印头的移动速度。
流速控制影响到打印速度和熔融塑料在打印头中的冷却速度这会影响到模型的细节和表面质量。
温度控制
打印头中的挤出机需要精确控制温度以确保塑料丝能够熔化并均匀地挤出。温度的控制通常通过热敏电阻NTC传感器和加热元件来实现计算机控制系统会根据打印需求调整加热元件的功率以维持恒定的温度。
为了保证材料能顺利地从喷头挤出喷头的温度必须高于材料的熔点不同的材料需要不同的喷头温度。打印材料挤出后需要在打印平台上堆积成型。目前市面上绝大多数消费级FDM打印机都是敞开式的材料成型的环境温度和室温一致一些材料例如ABS从喷头挤出后一下子冷却到室温与打印平台的粘附就会不牢导致后面打印失败。通过加热打印平台可以改善这种情况这种可加热的打印平台也被称作热床。合适的打印平台温度可以有效地增强材料与平台的粘附力。而打印工程塑料或者高性能特种工程塑料由于材料冷却固化后内应力比较大打印过程中很容易翘曲变形这时仅仅有热床就不够了还需要有一个具备一定温度、封闭的恒温舱。
数学建模
挤出过程建模
塑料的熔化和挤出过程可以通过流体力学和热力学的方程来描述。熔化过程中塑料的温度分布和熔化速率需要通过热传导方程来模拟。挤出过程中塑料的流量与挤出机转速、螺杆几何形状和温度有关这可以通过流变学方程来建模。
路径规划建模
数学模型需要规划打印头的移动路径以确保材料能够精确地沉积在正确的位置。这涉及到计算几何学中的路径规划和算法如Bresenham算法或最近点路径规划算法。
层间黏结模型
在FDM打印中不同层之间的黏结强度对打印质量至关重要。层间黏结模型描述了相邻层之间的黏结机制和影响因素如材料的表面张力、润湿性和固化时间等。
温度模型
FDM打印过程中材料的温度是一个关键因素。温度模型描述了打印头、工作台和周围环境的温度分布和变化。这个模型需要考虑热传导、对流和辐射等多种热传递方式以及材料的热物性参数。
材料特性模型
塑料的物理和化学特性如热膨胀系数、熔点和固化时间需要被模型化。这些模型可以帮助预测打印过程中的材料行为。
力学模型
打印出的物体在固化后的力学性能也需要被考虑这可以通过有限元分析FEA来实现。模型可以预测打印物体在不同应力和温度条件下的强度和变形。
机器学习
为了进一步提高打印质量和效率可以使用机器学习算法来优化打印参数。这些算法可以基于大量的打印数据来预测最佳打印参数。
