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快速成型技术利用热塑性材料受到挤压成为半熔融状态的细丝,由沉积在层层堆栈基础上的方式,从3DCAD资料直接建构原型。FDM可采用的成型材料很多,如改性后的石蜡、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物ABS、尼龙、橡胶等热塑性材料,以及多相混合材料,如金属粉末、陶瓷粉末、短纤维等与热塑性材料的混合物。其中PLA(聚乳酸)具有较低的收缩率,打印模型更容易塑形,以及可生物降解等优点,现今大多数桌面FDM型3D打印机均采用这种材料。
22结构分析
221机械部分FDM型3D打印机的机械部分最为复杂,涉及到的零部件也比较多,如图21,为3D打印机完整结构图,制作一台完整的FDM型3D打印
图21
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f机,简单来说,首先需要制作3D打印机的外部基本框架结构,在此框架上才能安装搭建其它零部件。3D打印机可以采用激光切割后的实木板或者铝型材作为机器的框架,如图22、图23中所示,这里,作者采用实验室已有的材料铝型材搭建打印机的框架。
图22铝型材框架
图23木制框架
框架组装完成后,接着需要在框架上搭建一个三轴联动的平台,即控制打印头在X、Y方向的运动,打印台在Z方向的运动,X、Y轴分别采用两个步进电机驱动,步进电机与同步带相连,图24中,滑块一端固定在图25中的同步带上,通过光杆的导向作用,同步带带动滑块运动,进而带动打印头在X、Y轴的运动。
图24滑块
图25同步带
同样,Z轴采用步进电机驱动,如图26,步进电机与丝杆相连,带动丝杆在Z轴运动,同时Z轴需要安装两根光杆,起导向作用,通过这些结构,带动打印台在Z方向运动。图27中所示,由于实验室另外有多余的XY轴的运动平台,只需固定其中一个方向,让另一个方向在Z方向运动,由此替代丝杆的传动。
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f图26
Z轴丝杆传动
图27实验室Z平台
对于3D打印机而言,挤出头是其核心的部件,就市面上比较有名的FDM型3D打印机而言,大多数采用加热棒对铝块进行加热。图28中,塑料丝通过挤出机将丝从进口端挤入,通过喉管导向,到达铝块,经过熔化,进入喷嘴,最后由喷嘴挤出。由于喉管内径比塑料丝直径稍大,故融化后的塑料丝在进端进丝压力作用下较易从喷嘴挤出。铝块内部装有热敏电阻来读取温度进而由主控板来控制温度,保证温度在塑料丝的熔融温度之上。
图28挤出头打印头中的喉管由不锈钢制造,是为了降低其导热性能,不锈钢喉管有些内部还衬有铁氟龙,由于挤出头长期加热打印致使吼管内部温度升高,导致管内料也处在熔融状态,当停止r
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